CN101632916A - 一种竹炭复合吸附剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种竹炭复合吸附剂，包括：竹炭粉20份－90份、负离子矿物粉1份－50份、硅藻土粉2份－25份、粘结剂5份－30份。本发明优点：1)将炭粉的吸附杂质能力、负离子矿物粉的负离子释放能力、硅藻土的疏松膨胀能力合理地结合在一起，因此具有了较好地吸附杂质能力、较强地释放负离子以及释放远红外线的能力，其净化吸附作用更好。2)由于硅藻土的疏松膨胀作用，使本发明的吸附剂具有较小的密度，份量轻，代替分子筛，用在中空玻璃灌装式干燥吸附剂，能较好地适应建筑需求，并且其成本大大降低。3)吸附剂进行包覆改性以及高温煅烧处理后，强度高、硬度高、化学稳定性好，并且不溶于水，可以用在水净化吸附剂和空气净化吸附剂上。

Description

一种竹炭复合吸附剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种净化环保新材料，尤其是一种造粒成颗粒状的竹炭复合吸附剂及其制备方法。

背景技术

我国有着大量丰富的竹类植物资源，种植地面积和产量居世界第一位。竹类资源具有再生能力强、生长周期短、成长快(一年生枝，二年成材，三年砍伐利用)等特点。并且一次栽种就可连续生长利用，种植人工低，利用率高。因此能将竹类资源应用于化工领域、医药领域、农业土壤改善等领域。特别是对农民增加收入有好处，对建设新农村循环经济带动具有重大意义，同时竹林能产生大量“碳汇”作用，还是绿化环境的美好景色。

为了节约利用“竹类炭”，竹材加工后剩余物可循环节能再生利用，如下脚料破碎后强压挤出棒状再焖烧成炭，或成竹材焖烧成炭，这种技术工艺已成熟。在高温碳化条件下形成的固体产品(国外技术处理的竹炭产品称为黑钻石)。它有许多的孔隙，是一类多孔化工应用好材料，具有较大的比表面积。近年已广泛应用于农业土壤改性、林业、化工、医药、水质改善、卫生、食品净化过滤、环境汇碳绿色保护等领域。对当前全球不正常的气候变化具有化解作用。

竹炭更广泛地应用到干燥吸附剂(分子筛)中，在室内外环境中能有效除臭及净化空气中正离子，中和有害分子。但是目前的竹炭吸附产品，其释放负离子的能力有限，不仅释放负离子的量小，而且释放负离子的有效距离小，只有20-30cm。另外，目前的竹炭吸附产品其含有的吸附孔还不够多，孔径不够大，因此对杂质的吸附能力还不够强。并且吸附孔不够多，会导致整体密度大，份量重，在有些特殊的场合还不能适用。目前，在用竹子烧制竹炭时，竹炭只经历一次煅烧的过程，竹炭的微孔内会吸附一些杂质，也会导致目前的竹炭的吸附能力不强。

发明内容

本发明的目的主要是为了解决现有竹炭吸附产品释放负离子能力差、吸附杂质能力不强、密度大、份量重的问题，提供一种由竹炭粉、电气石粉、硅藻土粉复合而成的竹炭复合吸附剂，并且提供这种竹炭复合吸附剂的制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：

这种竹炭复合吸附剂，包括下述重量份的原料：竹炭粉20份-90份、负离子矿物粉1份-50份、硅藻土粉2份-25份、粘结剂5份-30份。负离子矿物粉是多微孔的能天然产生负离子的矿物制成的粉，比如电气石粉或钛白粉或磁铁矿石粉。以电气石粉为例，电气石粉多微孔，并且具有良好的压电性，电气石粉与竹炭粉结合后，具有永久性释放负离子的机理。二者相结合后，就能够产生瞬间放电电离效应，将水分子电解为H⁺和OH^-。H⁺与周边吸附孔内同时放出的电子结合，而被中和成H原子，而OH^-与其他水气分子结合，可连续发射“负离子”。电气石粉具有压电性能和热电效应，在温度、压力变化的情况下，能引起电气石与炭之间的晶体的电势差，使周围的空气发生电离，被击中的电子附着于邻近的水和氧分子，将其转化为空气负离子、RP负离子。产生的负离子在空气中移动，将负电荷输送给细菌、灰尘、烟雾微粒以及水滴等。电荷与这些微粒分子相结合，从而达到净化空气目的。电极化强度越大产生负离子的能力就越强。因此，电气石与竹炭结合后，使整个吸附剂释放负离子的能力大大增强，不仅释放的量大，而且释放的有效距离也远。另外，电气石和硅藻土都是多微孔的，与竹炭粘结后，使整个吸附剂的吸附孔大大增多，对整个吸附剂具有膨胀疏松作用，不仅使吸附能力大大增强，而且使吸附剂的份量大大减轻，从而可以在某些特殊的场合使用。

进一步，粘结剂为铝溶胶、硅溶胶中的一种，或者两种并用。铝溶胶、硅溶胶是无机环保的，并且也是多孔结构。粘结剂采用铝溶胶、硅溶胶，不会把炭的吸附孔封闭掉，从而能有效保证吸附剂的吸附能力。铝溶胶和硅溶胶耐温性能好，在一定温度下也能起到粘接定型作用。上述两种胶传统应用于铸造业、造纸业、涂料业、无机水性漆、涂淋业、摄影涂淋等。

粘结剂中还加有其它添加剂，包括：氯化钙、淀粉、甲基纤维素。各自的重量份分别为：氯化钙0.5份-5份、淀粉1份-5份，甲基纤维素0.8份-5份。这几种材料都具有粘结定型作用，并且在高温煅烧下，都会挥发掉，从而使吸附剂产生多孔结构，并且能使原有的孔径进一步增大。另外，氯化钙是大孔径吸附材料，到一定的温度失去四面结晶水，形成无水吸附干燥剂，作为一种填充材料，同时起硬化粘接多孔吸附作用。甲基纤维素是用棉花制造出来的，具有强性的粘接作用，在未煅烧前起到造型纤维作用，煅烧到200度以上就失去了它的纤维功能。高温煅烧后，其它粘结剂已经失效，而铝溶胶和硅溶胶在高温煅烧下，形成网状粘接结构，俗称X(加鎷)式粘接结构，将吸附剂牢固粘接定型，并且具有不溶于水的特性。最后一道成型工艺就是靠铝溶胶和硅溶胶起到粘接作用，其他粘接物已失效。

吸附剂还包括下述重量份的原料：硅铝复合物粉2份-15份，膨润土粉2份-25份。本发明中所述的硅铝复合物采用的都是用叶腊石制成的硅铝复合物，其具体制备方法已经在专利：“一种以叶腊石制造生产硅铝复合物填冲料的方法”(专利号：200410066103.4)中公开过了，在此不作过多描述。硅铝复合物在高温时起到瓷性粘接固化定型作用，化学稳定性好。因为叶蜡石是由硅70％和铝15-30％组成，通过煅烧500-1200℃(解决了它的化学结构稳定)，硅是耐高温稳定及吸附材料，铝是耐温耐酸碱、带有小微孔吸附，在化工领域可作为耐温材料、稳定剂材料，催化剂使用。因此硅铝复合物具有隔燃作用，可以防止几种原料粉在混合的时候发生***。膨润土粉是多孔径的轻密度硅材料，在吸附剂中起到疏松膨胀过滤作用，能进一步减轻吸附剂的重量，并且增加吸附剂的吸附能力。

上述竹炭复合吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

首先，将竹炭粉、负离子矿物粉和硅藻土粉，或者再加入硅铝复合物粉或膨润土粉及其组合，按确定的重量份比放入混合搅拌机中，在常温下，进行高速混合搅拌5分钟-60分钟；

然后，将搅拌后的混合物放入造粒机中，再按配比份量加入上述粘结剂，并加入重量份为3份-45份的水，搅拌均匀，进行1分钟-40分钟粘结造粒，就得到颗粒状的竹炭复合吸附剂。

将本发明产品用在中空玻璃灌装式干燥吸附剂时，还有如下步骤：

将造粒后的吸附剂颗粒过筛，取0.5mm-10mm的竹炭复合吸附剂颗粒，作为中空玻璃灌装式干燥吸附剂，替代目前的分子筛使用。这样，制作出来的竹炭复合吸附剂颗粒密度小于0.8g/cm³。份量比目前的分子筛产品要轻得多，替代目前的分子筛使用，可以使中空玻璃管整体份量大大减轻，较好地适应了建筑需求。另外，比起目前的分子筛产品，其成本大大降低。

将本发明产品用在水净化吸附剂和空气净化吸附剂时，还有如下步骤：

首先，将造粒后的竹炭复合吸附剂颗粒过筛，取10mm以上的竹炭吸附剂颗粒进行表面包覆改性；表面包覆材料用甲基纤维素、氯化钙、淀粉与水搅拌成的液体(具体配比如下：甲基纤维素：1-10份，氯化钙：0.5-8份，淀粉1-15份，水：1-20份)，份量为竹炭复合吸附剂颗粒重量的1％-20％，进行喷雾或滴加，在常温下进行抛丸，抛丸后进行干燥；

接着，将干燥后的竹炭复合吸附剂颗粒，表面用多微孔矿物粉包覆，再加入铝溶胶和硅溶胶，进行第二次抛丸，抛丸后进行干燥；

然后，将第二次抛丸后的竹炭复合吸附剂颗粒放入煅烧炉中，进行碳化煅烧；煅烧时，竹炭复合吸附剂颗粒上面盖耐高温材料，进行密闭煅烧；煅烧温度需100摄氏度-1300摄氏度，恒温停留1小时-2小时；冷却后用水洗涤并干燥成品，作为空气净化吸附剂和水净化吸附剂使用。

上述的多微孔矿物粉为电气石粉或钛白粉或硅藻土粉或膨润土粉或硅铝复合物粉。多微孔矿物粉用于调节铝溶胶、硅溶胶的稠度，便于抛丸。

第一次抛丸是通过低温粘结剂将颗料粘接定型，抛丸成规则的球状，起到纤维粘接实心固定作用。第二次抛丸加入耐高温粘结剂，通过铝溶胶和硅溶胶来定型，并且在高温处理后，将低温粘接剂材料挥发，使颗粒内部孔径更大更多。通过这种表面包覆改性处理后，竹炭复合吸附剂颗粒的孔径增大，并且铝溶胶和硅溶胶烧后形成网状粘接结构，化学结构为X(加鎷)式结构，强度高、硬度高、化学稳定性好，并且因为其具有不溶于水的特性，因此可适用于水净化领域。另外负离子矿物粉和竹炭粉烧结后，能增加释放负离子的能力，负离子释放的量大、距离远，并且具有远程释放红外线的能力，因此可适用于空气净化领域。另外，通过对竹炭采用再次煅烧处理，可以将原有竹炭内吸附的杂质挥发掉，并且原有竹炭的孔径会膨胀开，稳定了孔径结构，并且使孔径增大，从而增加吸附剂的吸附能力。密闭煅烧主要是为了将炭与空气隔开，可以避免炭粉被过多地燃烧掉，失去吸附的功能。

本发明的有益效果是：1)本发明的吸附剂通过铝溶胶或硅溶胶将炭粉、负离子矿物粉、硅藻土粉粘结在一起，将炭粉的吸附杂质能力、负离子矿物粉的负离子释放能力、硅藻土的疏松膨胀能力合理地结合在一起，并且相互有促进作用，因此吸附剂具有了较好地吸附杂质能力、较强地释放负离子能力以及释放远红外线的能力，其净化吸附作用更好。2)由于硅藻土的疏松膨胀作用，使本发明的吸附剂具有较小的密度，份量轻，代替分子筛，用在中空玻璃灌装式干燥吸附剂，能较好地适应建筑需求，并且，比起目前的分子筛产品，其成本大大降低。3)吸附剂进行包覆改性以及高温煅烧处理后，强度高、硬度高、化学稳定性好，并且不溶于水，可以用在水净化吸附剂和空气净化吸附剂上。4)采用再次煅烧处理，将原有竹炭内吸附的杂质通过高温煅烧使其挥发掉，并且原有竹炭的孔径会膨胀开，稳定了孔径结构，并且使孔径增大，从而增加吸附剂的吸附能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：本实施例主要作为中空玻璃灌装式干燥吸附剂使用，其原料配比如下：竹炭粉90克、电气石粉50克、硅藻土粉25克、硅铝复合物粉15克，膨润土粉25克、粘结剂30克。粘结剂为铝溶胶、硅溶胶混合物，并且粘结剂中还加有氯化钙、淀粉、甲基纤维素混合而成的添加剂，添加剂配如比下：氯化钙5克、淀粉5克，甲基纤维素5克。

制备方法如下：

1)将各原料粉按份量放入混合搅拌机中，在常温下，进行高速混合搅拌5分钟-60分钟；

2)将搅拌后的混合物放入造粒机中，再按份量加入上述粘结剂，并加入45克水，搅拌均匀，进行1分钟-40分钟粘结造粒，就得到颗粒状的竹炭复合吸附剂。

3)将造粒后的吸附剂颗粒过筛，取0.5-10mm的竹炭复合吸附剂颗粒，作为中空玻璃灌装式干燥吸附剂，替代目前的分子筛使用。这种方法制作出来的竹炭复合吸附剂颗粒密度小于0.8g/cm³，份量轻，并且疏松膨胀、多孔结构，具有较大的比表面积，用在中空玻璃灌装式干燥吸附剂上，使用效果好、吸水能力强，并且成本低。

实施例2：本实施例主要作为水净化吸附剂使用，其原料配比如下：竹炭粉20克、电气石粉1克、硅藻土粉2克、硅铝复合物粉2克，膨润土粉2克、粘结剂5克。粘结剂为硅溶胶，并且粘结剂中还加有氯化钙、淀粉、甲基纤维素混合而成的添加剂，添加剂配如比下：氯化钙0.5克、淀粉1克，甲基纤维素0.8克。

制备方法如下：

1)将各原料粉按份量放入混合搅拌机中，在常温下，进行高速混合搅拌5分钟-60分钟；

2)将搅拌后的混合物放入造粒机中，再按份量加入上述粘结剂，并加入3克水，搅拌均匀，进行1分钟-40分钟粘结造粒，就得到颗粒状的竹炭复合吸附剂；

3)将造粒后的竹炭复合吸附剂颗粒过筛，取10mm以上的竹炭吸附剂颗粒进行表面包覆改性；表面包覆材料用甲基纤维素、氯化钙、淀粉与水搅拌成的液体，份量为竹炭复合吸附剂颗粒重量的1％-20％，进行喷雾或滴加，在常温下进行抛丸，抛丸后进行干燥；

4)将干燥后的竹炭复合吸附剂颗粒，表面用多微孔矿物粉包覆，再加入铝溶胶和硅溶胶，本实施例的多微孔矿物粉用电气石粉，进行第二次抛丸，抛丸后进行干燥；

5)将第二次抛丸后的竹炭复合吸附剂颗粒放入煅烧炉中，进行碳化煅烧；煅烧时，竹炭复合吸附剂颗粒上面盖沙，进行密闭煅烧；煅烧温度需100摄氏度-1300摄氏度，恒温停留1小时-2小时；冷却后用水洗涤并干燥成品，作为水净化吸附剂使用。

通过这种方式改性处理后，吸附剂强度高、硬度高、化学稳定性好，并且不溶于水，作为水净化吸附剂使用，使用效果好。

实施例3：本实施例主要作为空气净化吸附剂使用，其原料配比如下：竹炭粉80克、电气石粉3克、硅藻土粉12克、硅铝复合物粉12克，膨润土粉3克、粘结剂22克。粘结剂为铝溶胶，并且粘结剂中还加有氯化钙、淀粉、甲基纤维素混合而成的添加剂，添加剂配如比下：氯化钙3克、淀粉4克，甲基纤维素3克。

制备方法如下：

1)将各原料粉按份量放入混合搅拌机中，在常温下，进行高速混合搅拌5分钟-60分钟；

2)将搅拌后的混合物放入造粒机中，再按份量加入上述粘结剂，并加入20克水，搅拌均匀，进行1分钟-40分钟粘结造粒，就得到颗粒状的竹炭复合吸附剂；

3)将造粒后的竹炭复合吸附剂颗粒过筛，取10mm以上的竹炭吸附剂颗粒进行表面包覆改性；表面包覆材料用甲基纤维素、氯化钙、淀粉与水搅拌成的液体，份量为竹炭复合吸附剂颗粒重量的1％-20％，进行喷雾或滴加，在常温下进行抛丸，抛丸后进行干燥；

4)将干燥后的竹炭复合吸附剂颗粒，表面用多微孔矿物粉包覆，本实施例的多微孔矿物粉用硅铝复合物粉，再加入铝溶胶和硅溶胶，进行第二次抛丸，抛丸后进行干燥；

5)将第二次抛丸后的竹炭复合吸附剂颗粒放入锻烧炉中，进行碳化煅烧；煅烧时，竹炭复合吸附剂颗粒上面盖沙，进行密闭煅烧；煅烧温度需100摄氏度-1300摄氏度，恒温停留1小时-2小时；冷却后用水洗涤并干燥成品，作为空气净化吸附剂使用。

电气石粉与炭粉结合后，使整个吸附剂的负离子释放能力增强，负离子释放的量大、距离远，并且具有较强的远红外线释放能力，因此其空气净化吸附能力很强。另外硅藻土对整个吸附剂具有疏松膨胀作用，使其具有多孔结构，并且孔径增大，具有较大的比表面积，因此吸附剂对空气杂质的吸附能力大大增强。综上所述，本发明作为空气净化吸附剂使用，效果很好。

Claims (10)

1、一种竹炭复合吸附剂，其组份包括竹炭粉和粘结剂，其特征是：其组份中还包括负离子矿物粉和硅藻土粉，各组份的重量份比为：竹炭粉20份-90份、负离子矿物粉1份-50份、硅藻土粉2份-25份、粘结剂5份-30份。

2、根据权利要求1所述的竹炭复合吸附剂，其特征是：所述负离子矿物粉为电气石粉或钛白粉或磁铁矿石粉。

3、根据权利要求1或2所述的竹炭复合吸附剂，其特征是：所述粘结剂为铝溶胶、硅溶胶中的一种或者其结合。

4、根据权利要求3所述的竹炭复合吸附剂，其特征是：所述粘结剂中还包含有氯化钙、淀粉、甲基纤维素中的一种及其组合的添加剂，所述添加剂占粘结剂中的1-50％。

5、根据权利要求1或2所述的竹炭复合吸附剂，其特征是：所述吸附剂还包括重量份为2份-15份的硅铝复合物粉。

6、根据权利要求1或2所述的竹炭复合吸附剂，其特征是：所述吸附剂还包括重量份为2份-25份的膨润土粉。

7、一种竹炭复合吸附剂的制备方法，它包括采用上述配方组成的原料，其特征是：制备方法的步骤如下：

首先，将上述竹炭复合吸附剂中的竹炭粉、负离子矿物粉和硅藻土粉，或者再加入硅铝复合物粉或膨润土粉及其组合，按确定的重量份比放入混合搅拌机中，在常温下，进行混合搅拌5分钟-60分钟；

然后，将搅拌后的混合物放入造粒机中，再按重量份的配比加入粘结剂，并加入重量份为3份-45份的水，搅拌均匀，再进行1分钟-40分钟粘结造粒，就得到颗粒状的竹炭复合吸附剂。

8、根据权利要求7所述竹炭复合吸附剂的制备方法，其特征是：还包括如下步骤：

将造粒后的竹炭复合吸附剂颗粒过筛，取0.5mm-10mm的竹炭复合吸附剂颗粒，即为成品。

9、根据权利要求7所述竹炭复合吸附剂的制备方法，其特征是：还包括如下步骤：

首先，将造粒后的竹炭复合吸附剂颗粒过筛，取10mm以上的竹炭吸附剂颗粒进行表面包覆抛丸；表面包覆材料用甲基纤维素、氯化钙、淀粉与水搅拌成的液体，份量为竹炭复合吸附剂颗粒重量的1％-20％，进行喷雾或滴加，在常温下进行抛丸，抛丸后进行干燥；

接着，将干燥后的竹炭复合吸附剂颗粒，表面用多微孔矿物粉包覆，再加入铝溶胶和硅溶胶，进行第二次抛丸，抛丸后进行干燥；

然后，将第二次抛丸后的竹炭复合吸附剂颗粒放入煅烧炉中，进行碳化煅烧；煅烧时，竹炭复合吸附剂颗粒上面盖耐高温材料，进行密闭煅烧；煅烧温度需100摄氏度-1300摄氏度，恒温停留1-2小时；冷却后用水洗涤并干燥，即为成品。

10、根据权利要求9所述竹炭复合吸附剂的制备方法，其特征是：所述多微孔矿物粉为电气石粉或钛白粉或硅藻土粉或膨润土粉或硅铝复合物粉。