CN103754868B

CN103754868B - 木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法及使用方法

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Publication number: CN103754868B
Application number: CN201310754565.4A
Authority: CN
Inventors: 邓立志
Original assignee: HUNAN KAIFENG ACTIVE CARBON ENVIRONMENTAL PROTECTION SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUNAN KAIFENG ACTIVE CARBON ENVIRONMENTAL PROTECTION SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: CN103754868A

Abstract

本发明公开一种木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法及使用方法，属活性炭的制备方法及使用方法领域，其制备方法为：(A)备料：将以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭、丙烯酸乳液、水按丙烯酸乳液∶磷酸法粉状活性炭∶水=0.37～0.39∶1∶1的重量比称取；(B)混料：将上述称取的原料混合后并充分搅拌，同时颗粒，达到混合均匀；(C)颗粒成型：在90℃的衡温下通过制粒机将混合均匀后的原料挤压成型，制成粒径2～5mm的颗粒，冷却至40～50℃(D)烘干；(E)分选冷却；本方法制备的颗粒活性炭吸附性能好、单位体积的液相吸附量远高于其它颗粒活性炭，强度较高，耐酸碱，能再生利用，改善生产环境。

Description

木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法及使用方法

技术领域

本发明涉及一种活性炭的制备方法及使用方法，特别涉及一种木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法及使用方法。

背景技术

木糖醇的常用生产方法有化学法或微生物法，这两种方法都是通过对D-木糖或是富含木聚糖的半纤维素的水解产物还原作用来进行木糖醇的生产的，然后在高温高压下，催化氢化纯木糖。除了水解以外，均为脱色、净化过程，因此，在木糖醇的生产过程中，水解液的脱色占有极其重要的地位。而木糖液中的的大量色素、氮类物质、酚类化合物、糠醛及铁含量，多为大分子糖类化合物。目前木糖脱色用颗粒活性炭的生产企业很多，这些颗粒活性炭的按生产工艺分类主要有四种：一是直接将煤粉加焦油和沥青成型，再进行炭活化得到煤质颗粒活性炭；二是将坚硬的果壳如椰壳或杏壳原料经过物理法炭活化得到果壳活性炭；三是将木屑和化学药品如磷酸塑化成型后再进行炭活化得到木质成型活性炭；四是将性能优良的活性炭加上粘结剂挤压成型再干燥得到颗粒活性炭，前二种方法，原材料紧缺，生产周期长，生产成本高，因为是物理法炭活化，属于微孔发达，即孔隙结构偏小，小于被吸附的木糖中的色素及杂质的分子直径，对大分子的糖类化合物几乎没有脱色能力，因此其对木糖的吸附能力差，在木糖脱色领域使用效果极差。因为只有当活性炭的孔隙结构略大于杂质或有害气体分子的直径，才能够让杂质或有害气体分子完全进入的情况下才能达到最佳吸附效果，过大或过小孔隙结构的活性炭吸附效果都不理想。第三种方法制成的磷酸法粉状活性炭在所有的活性炭中的比重最轻，单位比表面积最大，孔径、孔容发达，有丰富的大、中、小孔径的分子，脱色能力好于前二种，但强度不好并且耐酸耐碱能力及再生困难，活性炭一次性使用便报废，耗费较大，而且在投放粉状活性炭时，粉尘多，工作环境恶劣，员工工作强度大，第四种方法主要用物理法粉状活性炭成型作为工艺品使用。而且以上四种活性炭，其构成活性炭的碳原子平面层杂乱且无规律地排列成“螺层状结构”，且都是以分子间力相互结合，因此，活性炭的耐磨损度、耐压强度都很差。

现在功能性木糖醇是由相应的糖加氢而制得，脱色要求达到较低的残余浓度，应采用对糖蜜具有很高吸附能力的活性炭，且在相对较低的残余浓度条件下具有足够吸附容量的活性炭，需要活性炭不仅大孔丰富，而且具有足够大的微孔率。因此市场亟需一种成型的颗粒活性炭，不仅对色素有很高吸附能力，同时能适应恶劣的酸碱环境及再生循环使用的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在木糖液色素残余浓度条件下具有足够吸附容量的木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法，用该方法制备的木糖脱色用颗粒活性炭大孔丰富，而且具有足够大的微孔率，且能够再生循环使用。

本发明提出一种木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(A)备料：将以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭、丙烯酸乳液、水按丙烯酸乳液∶磷酸法粉状活性炭∶水＝0.37～0.39∶1∶1的重量比称取，所述丙烯酸乳液含水量不超过35％；

(B)混料：将上述称取的原料混合后并充分搅拌，同时打碎搅拌过程中形成的颗粒，达到混合均匀；

(C)颗粒成型：通过制粒机在90℃的恒温下，将混合均匀后的原料挤压成型，制成粒径2～5mm的颗粒，将成型的颗粒活性炭经旋转的冷却滚筒轻柔翻滚冷却至40～50℃；

(D)烘干：通过干燥机将冷却后的颗粒活性炭置于150±10℃的温度下干燥30分钟，干燥后的颗粒活性炭含水率为9％～10％；

(E)分选冷却：将制成后的颗粒活性炭按粒径规格筛分，并冷却至40℃以下。

优选地，所述备料步骤中的以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭是采用粒径≥0.4mm，水分≤15％的杉木木屑，通过磷酸浸渍、炭化、活化、回收、烘干、粉碎后生产的粉末状活性炭，其粒度为200mesh、亚甲蓝值≥160ml/g，碘吸附值1200mg/g。

在所述混料步骤中采用犁刀式混合机将颗粒打碎并搅拌均匀，所述烘干步骤中采用的干燥机为振动流化床干燥机。

本发明还提供一种根据权利要求1所述制备方法制得的木糖脱色用颗粒活性炭的使用方法，包括以下步骤：

(A1)一次脱色：将温度为75℃、浓度为6～10％，吸光度为0.410～0.489，透光度为5.19～5.65％的木糖液和以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭按以下重量比称取，磷酸法粉状活性炭∶木糖液＝1∶(300～400)，通过20～30分钟充分搅拌，让磷酸法粉状活性炭充分吸附木糖中的色素、氮类物质、酚类化合物、糠醛及铁离子，经高压过滤，将得磷酸法粉状活性炭滤出，得到吸光度为0.28～0.38、透光度为42.0～52.0％的初滤木糖液。

(B2)二次脱色：将木糖脱色用颗粒活性炭和所述初滤木糖液按以下质量比称取，颗粒活性炭∶初滤木糖液＝2.8～3.2∶100，将称取的颗粒活性炭加入初滤木糖液，水浴放置50min，将颗粒活性炭滤出，得到吸光度为0.095～0.189、透光度为68.5～79.9％的成品木糖液。

优选地，所述一次脱色步骤中的木糖液的制备方法为，把玉米芯打碎后放入硫酸中浸泡，所述硫酸与玉米芯的重量配比为1∶4.5～5，浸泡时间为8～10小时，再将浸泡液置于0.6～0.7MPa的高压、100～120℃的温度下蒸煮8～9小时，即得木糖液。

本发明的有益效果是：(1)本方法制备的颗粒活性炭具有密度、导热系数、强度较高，其强度≥90％，同时能长时间耐酸，并且经过酸洗、水洗、干燥，可以重复利用，再生效率高，节约资源和生产成本；(2)具有一定的形状，且易于调变和加工、投放，生产和使用过程中无粉尘污染，大大改善了生产环境，降低了工人的劳动强度，没有废水、废气、废渣等污染物排放问题，清洁环保无污染；(3)吸附性能好、单位体积的吸附量远高于其他类别的颗粒活性炭；(4)储存、运输方便，同时也易于过滤回收；(5)不仅适用于各种糖液脱色，还适用于味精、酿酒等行业的脱色处理。特别是在吸附罐或吸附塔中使用活性炭都需要颗粒活性炭。(6)本发明步骤(A)中“磷酸法粉状活性炭、丙烯酸乳液、水按丙烯酸乳液∶磷酸法粉状活性炭∶水＝0.38∶1∶1”这一配比，是兼顾控制生产成本、提高粉状活性炭耐磨损度、耐压强度以及吸附性能而采用的最佳比例，由于粉状活性炭的孔隙结构异常发达，成型过程必须尽可能地减少对其孔隙结构的堵塞、破坏，即减少黏结剂的添加量、降低成型压力，从而提高成型活性炭的比表面积；而由于粉状活性炭耐磨损度、耐压强度都很差，要提高成型活性炭的机械强度又必须增加黏结剂的添加量、提高成型压力。(7)本发明的木糖脱色用颗粒活性炭的使用方法中一次脱色后的初滤木糖液的吸光度达约0.28～0.38，透光率约42.0～52.0％，脱色率为55～62％，经木糖脱色用颗粒活性炭二次脱色后的成品木糖液的得到吸光度为0.095～0.189、透光度为68.5～79.9％的成品木糖液，吸附效果明显增强，产品质量显著提高；(8)本发明木糖脱色用颗粒活性炭的使用方法中二次脱色中“颗粒活性炭∶初滤木糖液＝2.8～3.2∶100”这一配比，是兼顾控制生产成本、提高脱色效果而采用的最佳比例，如果在此基础上再增加颗粒活性炭用量，其脱色效果会更好，但生产成本偏高。(9)本发明的制备方法中的步骤(C)颗粒成型中将成型的颗粒活性炭经旋转的冷却滚筒轻柔翻滚冷却，可以避免颗粒活性炭相互粘连，利于定型。(10)采用粒径≥0.4mm，水分≤15％的杉木木屑为原料加工的磷酸法粉状活性炭能够，活性炭的最主要是含“C”，杉木木屑轻而蔬松，碳分子发达，其它木质结构紧密，适合制作木糖大分子吸附炭，且木屑是废物利用，也就是利用“锯木灰”，生产成本更低。(11)丙烯酸乳液是指化学式为C3H4O2的有机化合物，丙烯酸及其酯类自身或与其他单体混合后，会发生聚合反应生成均聚物或共聚物，用作于胶粘剂。其成份为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、烷基苯聚醚磺酸钠等。备料步骤中采用的丙烯酸乳液含水量不超过35％，是为了有理想的粘合效果，达到颗粒活性炭的强度，又不过多地封死活性炭孔。(12)在木粮液的制备中，采用硫酸浸泡玉米，能使其速化成粒，再高压蒸气，因蒸气、玉米芯和硫酸都含水，经蒸煮后即得浓度为6～10％的木糖液。

申请人还做了以下颗粒活性炭对木糖液脱色性能实验：

取5个250mL锥形瓶，每个加入50mL木糖液，这里是未经过任何脱色处理的木糖液原液，分别添加1.00、2.00、3.00、4.00、5.00g的成型活性炭，在70℃水浴中放置50min，过滤，在420nm下测量吸光度A、透光度T，计算脱色率η：

吸光度是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数，影响它的因素有溶剂、浓度、温度等等，吸光度A＝abc，其中a为吸光系数，单位L/(g·cm)，b为液层厚度(通常为比色皿的厚度)，单位cm，c为溶液浓度，单位g/L；根据透光度T与吸光度A的关系公式为A＝-lgT，脱色率是指通过处理前透光度T_A、处理后透光度、T_B计算而得，即脱色率＝[lg(1-T_A)/lg(1-T_B)]*100％。

总之，本发明改进了木糖液相脱色效果不好的现状，并能适应恶劣的酸碱环境及再生循环使用的要求；木糖液经二次脱色后，色泽浅化，由褐色变为淡黄色，其透光率大幅度提高。

具体实施方式

实施例一

本实施例提出一种木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(A)备料：将以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭、丙烯酸乳液、水按丙烯酸乳液∶磷酸法粉状活性炭∶水＝0.375∶1∶1的重量比称取，所述丙烯酸乳液含水量34％。

(C)颗粒成型：通过制粒机在90℃的恒温下，将混合均匀后的原料挤压成型，制成粒径3mm的颗粒，将成型的颗粒活性炭经旋转的冷却滚筒轻柔翻滚冷却至40～50℃；

(D)烘干：通过干燥机将冷却后的颗粒活性炭置于145℃的温度下干燥30分钟，干燥后的颗粒活性炭含水率为10％；

(E)分选冷却：将制成后的颗粒活性炭按粒径规格筛分，并冷却至40℃以下

所述备料步骤中的以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭是采用粒径≥0.4mm，水分≤15％的杉木木屑，通过磷酸浸渍、炭化、活化、回收、烘干、粉碎后后生产的粉末状活性炭，其粒度为200mesh、亚甲蓝值≥160ml/g，碘吸附值1200mg/g。在所述混料步骤中采用犁刀式混合机将颗粒打碎并搅拌均匀，所述烘干步骤中采用的干燥机为振动流化床干燥机。

本实施例还提出一种上述制备方法制得的木糖脱色用颗粒活性炭的使用方法，包括以下步骤：

(A1)一次脱色：将温度为75℃、浓度为7％，吸光度为0.410～0.489，透光度为5.19～5.65％的木糖液和以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭按以下重量比称取，磷酸法粉状活性炭∶木糖液＝1∶335，通过20～30分钟充分搅拌，让磷酸法粉状活性炭充分吸附木糖中的色素、氮类物质、酚类化合物、糠醛及铁离子，经高压过滤，将得磷酸法粉状活性炭滤出，得到吸光度为0.28～0.38、透光度为42.0～52.0％的初滤木糖液。

(B2)二次脱色：将木糖脱色用颗粒活性炭和所述初滤木糖液按以下质量比称取，颗粒活性炭∶初滤木糖液＝2.85∶100，将称取的颗粒活性炭加入初滤木糖液，水浴放置50min，将颗粒活性炭滤出，得到吸光度为0.095～0.189、透光度为68.5～79.9％的成品木糖液。

所述一次脱色步骤中的木糖液的制备方法为，把玉米芯打碎后放入硫酸中浸泡，所述硫酸与玉米芯的重量配比为1∶4.6，浸泡时间为8.5小时，再将浸泡液置于0.6～0.7MPa的高压、100～120℃的温度下蒸煮8～9小时，即得木糖液。

实施例二

(A)备料：将以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭、丙烯酸乳液、水按丙烯酸乳液∶磷酸法粉状活性炭∶水＝0.38∶1∶1的重量比称取，所述丙烯酸乳液含水量33％。

(C)颗粒成型：通过制粒机在90℃的恒温下，将混合均匀后的原料挤压成型，制成粒径4mm的颗粒，将成型的颗粒活性炭经旋转的冷却滚筒轻柔翻滚冷却至40～50℃；

(D)烘干：通过干燥机将冷却后的颗粒活性炭置于150℃的温度下干燥30分钟，干燥后的颗粒活性炭含水率为9.5％；

所述备料步骤中的以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭是采用粒径≥0.4mm，水分≤15％的杉木木屑，通过通过磷酸浸渍、炭化、活化、回收、烘干、粉碎后生产的粉末状活性炭，其粒度为200mesh、亚甲蓝值≥160ml/g，碘吸附值1200mg/g。在所述混料步骤中采用犁刀式混合机将颗粒打碎并搅拌均匀，所述烘干步骤中采用的干燥机为振动流化床干燥机。

(A1)一次脱色：将温度为75℃、浓度为8％，吸光度为0.410～0.489，透光度为5.19～5.65％的木糖液和以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭按以下重量比称取，磷酸法粉状活性炭∶木糖液＝1∶357，通过20～30分钟充分搅拌，让磷酸法粉状活性炭充分吸附木糖中的色素、氮类物质、酚类化合物、糠醛及铁离子，经高压过滤，将得磷酸法粉状活性炭滤出，得到吸光度为0.28～0.38、透光度为42.0～52.0％的初滤木糖液。

(B2)二次脱色：将木糖脱色用颗粒活性炭和所述初滤木糖液按以下质量比称取，颗粒活性炭∶初滤木糖液＝3∶100，将称取的颗粒活性炭加入初滤木糖液，水浴放置50min，将颗粒活性炭滤出，得到吸光度为0.095～0.189、透光度为68.5～79.9％的成品木糖液。

所述一次脱色步骤中的木糖液的制备方法为，把玉米芯打碎后放入硫酸中浸泡，所述硫酸与玉米芯的重量配比为1∶4.75，浸泡时间为9小时，再将浸泡液置于0.6～0.7MPa的高压、100～120℃的温度下蒸煮8～9小时，即得木糖液。

实施例三

(A)备料：将以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭、丙烯酸乳液、水按丙烯酸乳液∶磷酸法粉状活性炭∶水＝0.385∶1∶1的重量比称取，所述丙烯酸乳液含水量32.5％。

(C)颗粒成型：通过制粒机在90℃的恒温下，将混合均匀后的原料挤压成型，制成粒径4.5mm的颗粒，将成型的颗粒活性炭经旋转的冷却滚筒轻柔翻滚冷却至40～50℃；

(D)烘干：通过干燥机将冷却后的颗粒活性炭置于158℃的温度下干燥30分钟，干燥后的颗粒活性炭含水率为9.5％；

(A1)一次脱色：将温度为75℃、浓度为9％，吸光度为0.410～0.489，透光度为5.19～5.65％的木糖液和以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭按以下重量比称取，磷酸法粉状活性炭∶木糖液＝1∶385，通过20～30分钟充分搅拌，让磷酸法粉状活性炭充分吸附木糖中的色素、氮类物质、酚类化合物、糠醛及铁离子，经高压过滤，将得磷酸法粉状活性炭滤出，得到吸光度为0.28～0.38、透光度为42.0～52.0％的初滤木糖液。

(B2)二次脱色：将木糖脱色用颗粒活性炭和所述初滤木糖液按以下质量比称取，颗粒活性炭：初滤木糖液＝3.1∶100，将称取的颗粒活性炭加入初滤木糖液，水浴放置50min，将颗粒活性炭滤出，得到吸光度为0.095～0.189、透光度为68.5～79.9％的成品木糖液。

所述一次脱色步骤中的木糖液的制备方法为，把玉米芯打碎后放入硫酸中浸泡，所述硫酸与玉米芯的重量配比为1∶4.9，浸泡时间为9.5小时，再将浸泡液置于0.6～0.7MPa的高压、100～120℃的温度下蒸煮8～9小时，即得木糖液。

Claims

1.一种木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.一种根据权利要求1所述制备方法制得的木糖脱色用颗粒活性炭的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A1)一次脱色：将温度为75℃、浓度为6～10％，吸光度为0.410～0.489，透光度为5.19～5.65％的木糖液和以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭按以下重量比称取，磷酸法粉状活性炭∶木糖液＝1∶(300～400)，通过20～30分钟充分搅拌，让磷酸法粉状活性炭充分吸附木糖中的色素、氮类物质、酚类化合物、糠醛及铁离子，经高压过滤，将得磷酸法粉状活性炭滤出，得到吸光度为0.28～0.38、透光度为42.0～52.0％的初滤木糖液；

3.根据权利要求1所述的木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述备料步骤中的以木屑为原料的磷酸法粉状活性炭是采用粒径≥0.4mm，水分≤15％的杉木木屑，通过磷酸浸渍、炭化、活化、回收、烘干、粉碎后生产的粉末状活性炭，其粒度为200mesh、亚甲蓝值≥160ml/g，碘吸附值1200mg/g。

4.根据权利要求3所述的木糖脱色用颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，在所述混料步骤中采用犁刀式混合机将颗粒打碎并搅拌均匀，所述烘干步骤中采用的干燥机为振动流化床干燥机。

5.根据权利要求2所述的木糖脱色用颗粒活性炭的使用方法，其特征在于，所述一次脱色步骤中的木糖液的制备方法为，把玉米芯打碎后放入硫酸中浸泡，所述硫酸与玉米芯的重量配比为1∶4.5～5，浸泡时间为8～10小时，再将浸泡液置于0.6～0.7MPa的高压、100～120℃的温度下蒸煮8～9小时，即得木糖液。