CN101214955B - 一种疏水蜂窝状活性炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
公开一种疏水蜂窝状活性炭及其制备方法。该方法以活性炭为主要原料，以有机粘结剂、表面改性剂乳液和水为辅助原料，经捏合、挤出成型、干燥等工序，在保证一定机械强度和比表面积的前提下，可以获得疏水的蜂窝状活性炭。本方法生产的疏水蜂窝状活性炭具有耐热、耐水性好，易再生，特别适用于高湿度有机废气的净化处理过程中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种疏水活性炭及其制备方法。
背景技术
蜂窝状活性炭整合了活性炭比表面积高、耐酸碱、孔隙结构可控、失效后可再生等特点以及蜂窝结构开孔率高、几何表面积大、耐磨损、抗粉尘污染能力强等优点，与其它类型的活性炭相比，蜂窝状活性炭的最大优点在于压力损失小，基于上述优点，蜂窝状活性炭可以用于气体净化、溶剂回收，也可以用做催化剂或者作为催化剂载体。
在工业规模上使用蜂窝状活性炭对有机废气做净化处理时，要求活性炭具有较大的比表面积，较高的抗压强度以及较好的疏水性。为了达到上述要求，目前在制备疏水活性炭的过程中常需要添加使用酚醛树脂及有机增塑剂，或者添加使用酚醛树脂、碳化硅、碳化钛，但其使用的添加物比较昂贵，提高了产品的成本。
发明内容
本发明任务之一是提供一种符合有机废气净化处理过程中使用的疏水蜂窝状活性炭。
本发明任务之二是提供一种生产成本低的疏水蜂窝状活性炭制备方法。
为实现任务一采用的技术解决方案是：
一种疏水蜂窝状活性炭，其整体轮廓为规则几何形状的立方体，蜂窝孔道为正方形，孔密度为8～32孔/cm2，比表面积为660～1040m2/g，正压机械强度为2.8～7.4MPa，侧压强度为1.1～3.7MPa，与水的接触角大于120度。
上述疏水蜂窝状活性炭，其整体轮廓为柱状体或正立方体。
为实现任务二采用的技术解决方案是：
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.可塑性泥料的配制：以粉末状活性炭为主要原料，并以有机粘结剂、水和表面改性剂乳液为辅助原料，粉末状活性炭、有机粘结剂、水和表面改性剂乳液的质量配比为100∶1.5～5∶5～10∶30～50，混合均匀，制成塑性泥料；
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.08～-0.09MPa，在此真空度下保持10分钟，然后挤出成型，得到蜂窝坯体；
c.干燥：将蜂窝坯体干燥，得到疏水蜂窝状活性炭；
其中所述活性炭为煤质活性炭、椰壳活性炭或果壳活性炭，所述有机粘合剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素或聚乙烯醇，所述表面改性剂乳液为聚四氟乙烯乳液、有机硅改性丙烯酸乳液或聚氨酯乳液。
上述步骤a中，还包括活性炭预处理，即将活性炭研磨至粒度小于74微米，作为粉末状活性炭。
上述步骤a中，将主要原料与辅助原料在捏合机中搅拌均匀。
上述步骤c中，将蜂窝坯体在100～200℃下干燥3～12小时。
上述步骤c中，将一次干燥处理后的蜂窝坯体在100～200℃下进行第二次干燥处理，再干燥3～12小时。
本发明的有益效果：
本发明的疏水蜂窝状活性炭，具有较大的比表面积，较高的抗压强度以及较好的疏水性，达到了工业处理有机废气对使用活性炭的要求；疏水蜂窝状活性炭的制备方法：将活性炭、有机粘结剂、表面改性剂和水，进行捏合、挤出成型、干燥等工序，其显著特征在于在成型泥料中添加了表面改性剂，在保证一定机械强度和比表面积的前提下，可以获得疏水的蜂窝状活性炭。蜂窝状活性炭表面疏水性由表面改性乳液的种类和用量所决定，有机粘合剂只起支撑和连接作用，故蜂窝活性炭的表面性质可以通过表面改性剂的选择加以调控，扩大了蜂窝状活性炭的应用范围；而且由于表面改性剂的引入，增加了泥料的润滑性，不必再添加任何润滑助剂，制备程序简单，原料便宜，生产成本低廉；本方法生产的疏水蜂窝状活性炭具有耐热、耐水性好，易再生，特别适用于高湿度有机废气的净化处理过程中应用。
具体实施方式
下面以各原料不同的配比关系，对本发明进行详细说明：
实施实例1
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为960m2/g的煤质活性炭(C-1)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述煤质活性炭(C-1)粉末、甲基纤维素粉、固含量为20％的聚四氟乙烯乳液、水按质量比100∶5∶30∶10在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.08MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在20MPa压力下挤出成型，根据需要制得正方形蜂窝坯体，正方形蜂窝坯体的边长和高分别为65和100厘米，蜂窝坯体孔密度为8孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在100℃下干燥4小时，在180℃下干燥6小时得到疏水的蜂窝状活性炭(SC-1)。
性能测试：疏水蜂窝状活性炭的比表面积由低温氮吸附法测定；蜂窝状活性炭的抗压强度在通用压力机上测定；采用动态吸附-脱附法测定蜂窝状活性炭和相应原料活性炭对正丁烷的吸附和脱附量，测试时将蜂窝状活性炭(SC-1)或煤质活性炭(C-1)置于具有进气和出气口的测试管内，吸附时进气口通入气体流量为400ml/min、400ppm正丁烷和10％水汽的混合气，其中氮气为平衡气体，每隔5分钟用VOC测定仪测定出气口正丁烷浓度。当正丁烷浓度接近入口浓度的80％时，停止吸附试验，然后进口气体切换为同体积流量、纯度为99.95％的氮气进行脱附试验，每隔5分钟用VOC测定仪测定出气口正丁烷浓度，当出口正丁烷浓度为5ppm时，停止脱附试验。将吸附、脱附过程中正丁烷浓度与时间作图，并积分曲线面积，换算为单位质量活性炭吸附和脱附的正丁烷量。具体性能指标见表1。
实施实例2
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为960m2/g的煤质活性炭(C-1)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述煤质活性炭(C-1)粉末、聚乙烯醇粉、固含量为20％的聚四氟乙烯乳液、水按质量比100∶3∶40∶5在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.08MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在20MPa压力下挤出成型，根据需要制得正方形蜂窝坯体，正方形蜂窝坯体的边长和高分别为100和100厘米，蜂窝坯体孔密度为16孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在150℃下干燥3小时，在160℃下干燥10小时得到疏水蜂窝状活性炭(SC-2)。
性能测试：同实施实例1。具体性能指标见表1。
实施实例3
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为960m2/g的煤质活性炭(C-1)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述煤质活性炭(C-1)粉末、羧甲基纤维素粉、固含量为18％的有机硅改性丙烯酸乳液、水按质量比100∶5∶40∶5在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.085MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在18MPa压力下挤出成型，根据需要制得圆柱形蜂窝坯体，圆柱形蜂窝坯体的直径和高分别为50和100厘米，蜂窝坯体孔密度为32孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在100℃下干燥4小时，在180℃下干燥8小时，得到疏水蜂窝状活性炭(SC-3)。
性能测试：同实施实例1。具体性能指标见表1。
实施实例4
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为1430m2/g的椰壳活性炭(C-2)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述椰壳活性炭(C-2)粉末、聚乙烯醇粉、固含量为19％的有机硅改性丙烯酸乳液、水按质量比100∶4∶50∶5在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.088MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在20MPa压力下挤出成型，根据需要制得正方形蜂窝坯体，正方形坯体的边长和高分别为100和100厘米，蜂窝坯体孔密度为16孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在180℃下干燥5小时，在200℃下干燥12小时得到疏水的蜂窝状活性炭(SC-4)。
性能测试：同实施实例1。具体性能指标见表1。
实施实例5
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为1120m2/g的杏壳活性炭(C-3)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述杏壳活性炭(C-3)粉末、羧甲基纤维素粉、固含量为20％的聚氨酯乳液、水按质量比100∶1.5∶50∶10在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.09MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在20MPa压力下挤出成型，根据需要制得正方形蜂窝坯体，正方形坯体的边长和高分别为100和100厘米，蜂窝坯体孔密度为16孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在200℃下干燥12小时，在100℃下干燥3小时，得到疏水的蜂窝状活性炭(SC-5)。
性能测试：同实施实例1。具体性能指标见表1。
实施实例6
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为1430m2/g的椰壳活性炭(C-2)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述椰壳活性炭(C-2)粉末、甲基纤维素粉、固含量为19％的聚四氟乙烯乳液、水按质量比100∶2∶35∶6在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.08MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在20MPa压力下挤出成型，根据需要制得圆柱形蜂窝坯体，圆柱形蜂窝坯体的直径和高分别为60和80厘米，蜂窝坯体孔密度为16孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在130℃下干燥3小时，在150℃下干燥10小时得到疏水蜂窝状活性炭(SC-6)。
性能测试：同实施实例1。具体性能指标见表1。
实施实例7
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为1430m2/g的椰壳活性炭(C-2)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述椰壳活性炭(C-2)粉末、甲基纤维素粉、固含量为19％的有机硅改性丙烯酸乳液、水按质量比100∶3.5∶35∶7在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.088MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在20MPa压力下挤出成型，根据需要制得正方形蜂窝坯体，正方形蜂窝坯体的边长和高分别为80和100厘米，蜂窝坯体孔密度为32孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在170℃下干燥6小时，在120℃下干燥8小时得到疏水蜂窝状活性炭(SC-7)。
性能测试：同实施实例1。具体性能指标见表1。
实施实例8
疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.活性炭预处理：将比表面积为1120m2/g的杏壳活性炭(C-3)研磨至粒度小于74微米，备用。可塑性泥料的配制：将上述杏壳活性炭(C-3)粉末、羧甲基纤维素粉、固含量为20％的聚氨酯乳液、水按质量比100∶4.5∶45∶9在捏合机中搅拌均匀，制成塑性泥料。
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.09MPa，在此真空度下保持10分钟，然后在20MPa压力下挤出成型，根据需要制得圆柱形蜂窝坯体，圆柱形蜂窝坯体的直径和高分别为70和100厘米，蜂窝坯体孔密度为16孔/cm2。
c.干燥：将蜂窝坯体在110℃下干燥8小时，在190℃下干燥12小时得到疏水蜂窝状活性炭(SC-8)。
性能测试：同实施实例1。具体性能指标见表1。
疏水蜂窝状活性炭以及原料活性炭的性能指标对照表1：
可见本方法具有制造工艺简单，使用原料成本低廉，生产出的疏水蜂窝状活性炭抗压力及吸附能力强、易再生的优点。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种疏水蜂窝状活性炭，其特征在于：活性炭整体轮廓为规则几何形状的立方体，蜂窝孔道为正方形，孔密度为8～16孔/cm2，比表面积为660～1040m2/g，正压机械强度为2.8～7.4MPa，侧压强度为1.1～3.7MPa，与水的接触角大于120度。
2.根据权利要求1所述的疏水蜂窝状活性炭，其特征在于：所述疏水蜂窝状活性炭整体轮廓为柱状体或正立方体。
3.权利要求1或2所述疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
a.可塑性泥料的配制：以粉末状活性炭为主要原料，并以有机粘结剂、水和表面改性剂乳液为辅助原料，粉末状活性炭、有机粘结剂、水和表面改性剂乳液的质量配比为100∶1.5～5∶5～10∶30～50，混合均匀，制成塑性泥料；
b.真空挤出成型：将塑性泥料装入真空挤出机的料筒内，启动真空挤出机的抽真空系统，使料筒内泥料的真空度达到-0.08～-0.09MPa，在此真空度下保持10分钟，然后挤出成型，得到蜂窝坯体；
c.干燥：将蜂窝坯体干燥，得到疏水蜂窝状活性炭；
其中所述活性炭为煤质活性炭、椰壳活性炭或果壳活性炭，所述有机粘合剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素或聚乙烯醇，所述表面改性剂乳液为聚四氟乙烯乳液、有机硅改性丙烯酸乳液或聚氨酯乳液。
4.根据权利要求3所述疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，还包括活性炭预处理，即将活性炭研磨至粒度小于74微米，作为粉末状活性炭。
5.根据权利要求4所述疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，将主要原料与辅助原料在捏合机中搅拌均匀。
6.根据权利要求5所述疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，将蜂窝坯体在100～200℃下干燥3～12小时。
7.根据权利要求6所述疏水蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，将干燥处理后的蜂窝坯体在100～200℃下进行第二次干燥处理，再干燥3～12小时。
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