CN103756787A

CN103756787A - 木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法

Info

Publication number: CN103756787A
Application number: CN201310727903.5A
Authority: CN
Inventors: 朱光真; 邓先伦; 孙康; 郭昊; 张燕萍
Original assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Current assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明提出了一种木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，以水蒸汽对新鲜杉木屑进行蒸馏，所得蒸汽冷却后冷凝液经油水分离后得到杉木精油；以提油后杉木屑与磷酸按照纯磷酸与绝干木屑质量比为1.8～3.0:1的比例进行混合，并按照磷酸质量的1%～8%的比例加入助催化剂浓硫酸充分混合后，然后送入密闭的保温桶30～90℃下进行低温渗透处理1～48h；通过炭化、活化及后处理得到化学法粉状活性炭；或者通过塑化、捏合、成型、干燥固化、炭活化及后处理后得化学法颗粒活性炭。无需添加粘结剂可制成木质柱状活性炭。达到了高效综合利用废弃物、减少自然资源开采、减轻环境污染和节能减排的多重目的。

Description

木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，是一种木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭技术。

背景技术

杉木是我国重要的用材树种，在我国南方分布极广，其中湖南西南部，江西、浙江南部和广东、广西以及福建北部是杉木的中心产区。据第四次全国森林资源连续清查统计：我国杉木人工林面积达911万hm²，占全国人工用材林面积的30.4％，总蓄积量3.4亿m³，不少成熟林的蓄积量可达105m³/hm²，在国民经济中占有重要地位。江西是我国杉木的主要分布区域和产地之一，全省以杉木为优势树种的林分面积约140万hm²，占全省森林总面积的30%，其立木蓄积量约为5500万m³。木材生产采伐作业后，将产生大量的杉木屑等木质纤维素类废弃物，而杉木屑又是一种很好的生产活性炭的原料，自我国开始进行活性炭生产以来，杉木屑均是直接作为原料的。而其实杉木中含有杉木精油，是一种具有高附加值的产品。

精油(essential oil)是存在于植物体中的一类可随水蒸汽蒸馏，且具有一定香味的挥发性油状液体的总称。杉木精油是一种从杉木中提取的，无色或微黄色、透明具有芳香味的液体。它具有强有力的木香、麝香、龙涎香香气，可适用配幻想型香精，主要用于化妆品和皂类。杉木精油中柏木醇含量为60％左右，其余还有α-蒎烯、柏木烯、揽香烯、α-松油醇、β-石竹烯等。柏木醇俗称柏木脑，目前市场价格在120元·kg^-1左右。杉木精油和杉木烯经投放生产验证，完全可以部分替代柏木油产品。已在国内多家生产厂家使用，并有部分产品出口，比使用柏木油降低成本20％以上。有较好的销售市场，经济效益较高，资源丰富，国内每年需求量达1000余吨。每吨价格1.2万～3万元。

杉木精油不仅是一种宝贵的天然资源，杉木精油中的各种成分还具有药用价值。Chang ST在对杉木精油抗白蚁活性实验中发现，柏木醇比α-杜松醇、铁锈罗汉柏醇具有更强的抗白蚁能力，杉木精油中的其他萜类化合物成分，已确定具有生理活性的成分如下：雪松醇能起到解痉功效；α-蒎烯有明显镇咳和祛痰功能，并有抗真菌(如白念珠菌)作用；β-蒎烯也具有抗炎、消痰、抗真菌作用；α-石竹烯具有平喘作用；莰醇抗心肌缺血，促进神经胶质细胞生长，止痛、防腐、抗炎等。

开发杉木资源在精油提取行业中的利用，既可以缓解我国天然植物精油需求量不断增加所带来的压力，部分取代广为应用的柏木油，又可以推动我国林区经济的发展。

杉木屑经一定工艺的预处理，提取出杉木精油，其剩余物再去成型制作机制炭，其外观和强度较原木屑成型产品质量都有所下降，产生的经济价值比较低，导致杉木提取精油行业的利润不高。

工业溶剂生产、化工产品生产、石油的开采与加工、有机物料的储运等过程以及家庭室内都会有挥发性有机物（VOCs）的产生。而VOCs的种类比较多，基本属于有毒气体，危害人类的健康；参与形成光化学烟雾和气溶胶，污染环境；卤代烃类有机物会破坏臭氧层。VOCs的污染问题已经引起了世界的高度关注，发达国家多年前就开始执行了严格的VOCs排放标准，作为发展中国家的中国，目前首要考虑的是解决VOCs的污染问题，对于VOCs的回收关注不多。我国每年因蒸发损失的轻质油约4.7×10⁵t，如果进行油气回收可以减少损失约4.35×10⁵t，其价值约合人民币2×10⁹元。由此可见，若能经济有效地回收VOCs，特别是高浓度、高价值的VOCs，将会带来的是环保、经济和健康的三重效益，对于推动我国循环经济的发展和社会可持续发展也可谓意义深远。未来，VOCs的回收将在世界范围内越来越受重视。

活性炭吸附法是当前吸附回收VOCs的最有效方式之一，早已应用于VOCs的回收处理。具有高比表面积及发达孔隙的粒状活性炭可将VOCs分子截留，达到对废气进行分离净化的目的。德国Bayer公司采用D47/4活性炭变压分离丙酮混合气体,回收率达95%以上。日本Bell公司采用活性炭变压吸附分离法回收到纯度达98%的乙醇产品，美国的轻质油回收基本上采用的是高丁烷工作容量的活性炭。

现如今，人类的生活质量不断提升，高污染的化工厂基本都迁离了城市，这样，汽车对环境的污染就成为城市空气第一污染源，而汽车对大气的污染主要来源于汽车尾气和燃油气体的蒸发，其中尾气污染占70%，燃油蒸发物污染占30%。美国早在上世纪60年代末就研究在汽车上使用活性炭吸附汽油蒸汽，由于这种活性炭技术含量较高，市场价格较高，这种专用活性炭目前国内全部依赖进口，而进口价在8～10万元/吨。崔国根在2010年7月申请了杉木屑经提取杉木精油后制备物理法活性炭的专利，申请号：201010218281.X。此方法产品得率低，10-13吨左右的杉木屑才能生产1吨活性炭，木屑消耗较大，且当今活性炭行业的物理法木屑粉状活性炭的工业化尚不完善，生产成本较高，市场竞争力不高；生产中需要1000℃左右的高温，能耗较高，没有达到最高效的综合利用杉木屑。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，具有杉木综合利用率高，活性炭品质好的特点。

一种木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，以水蒸汽对新鲜杉木屑进行蒸馏，所得蒸汽冷却后冷凝液经油水分离后得到杉木精油；以提油后杉木屑与磷酸按照纯磷酸与绝干木屑质量比为1.8～3.0:1的比例进行混合，并按照磷酸质量的1%～8%的比例加入助催化剂浓硫酸充分混合后，然后送入密闭的保温桶30～90℃下进行低温渗透处理1～48h；通过炭化、活化及后处理得到化学法粉状活性炭；或者通过塑化、捏合、成型、干燥固化、炭活化及后处理后得化学法颗粒活性炭。

蒸馏时，蒸汽温度为110℃，蒸馏时间为3-4小时，水与绝干木屑的质量比为7-8:1。

磷酸的浓度为40%wt～70%wt。

提油后的杉木屑，过10～60目筛再使用。

化学法粉状活性炭的炭化温度为210～300℃，炭化时间为30～120分钟，活化温度为350～500℃，活化时间为30～120分钟。

化学法颗粒活性炭的塑化温度100～150℃，塑化时间60～120分钟。

捏合采用捏合机处理5-10分钟。

采用油压成型机直接压制成型。

干燥固化温度为210～300℃，干燥固化时间为30～120分钟。

炭活化温度为350～500℃，炭活化时间为30～120分钟。

有益效果

本发明提出了杉木屑提取杉木精油联产多种类活性炭技术，达到了高效综合利用废弃物、减少自然资源开采、减轻环境污染和节能减排的多重目的。本发明还可根据不同应用吸附、脱色领域所需的孔结构进行定向制备。

通过提取精油和其提取精油剩余物制备化学法活性炭两个工艺的有机结合，实现了废弃杉木屑的最高效综合利用，降低环境污染，节约资源，降低生产成本，提高经济效益，提升产业竞争力，为我国经济社会协调发展提供支撑，符合林业相关科技规划的要求。

杉木屑提取精油工艺与活性炭生产结合成一体化技术，提油后木屑经化学活化法可以制备出高附加值的粉状和粒状活性炭，而且在提取杉木精油过程中由于部分有机物被提取出来，使得杉木屑的分子间的孔隙得到了更多的暴露，有利于后续活化时活化剂对杉木屑的渗透，制得性能更优的活性炭

并且，本发明提出了低温密闭容器浸渍方法，此方法的目的是为了保证加热过程中不会因为水蒸汽的蒸发导致木屑浸渍的磷酸浓度发生改变，使得磷酸分子充分的渗透进入木屑组织结构中，避免了敞开式浸渍随着水蒸汽的蒸发导致磷酸浓度不断升高，浸渍程度不彻底，而且未渗透进入木屑组织内的磷酸极易因水蒸汽蒸发的夹带造成磷酸的浪费和环境的污染。通过密闭式浸渍方法可以大幅度提高活性炭的吸附性能。而且在密闭条件下低温渗透处理后在制备颗粒活性炭时不用另外添加粘合剂即可以直接塑化、捏合成型。

附图说明

图1杉木屑提取精油联产化学法活性炭技术流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭技术，主要步骤如下所述：

1）采用余热锅炉产生的水蒸汽对新鲜木屑进行蒸馏，蒸汽温度为110℃，以水与绝干木屑的质量比7-8:1蒸馏3-4小时，混合蒸汽进入冷却工序，冷凝液经油水分离后得到杉木精油。

2）采用步骤1）中提油后的杉木屑，按照磷木比（纯磷酸与绝干木屑质量比）1.8：1～3.0:1，定量称取磷酸（40%～70%wt）和催化剂，催化剂加入量为磷酸液质量的1%～8%。充分混合后送入保温桶中30～90℃下渗透1～48小时。采用40%～70%的磷酸更利于回收利用。

3）生产粉状活性炭：将步骤2）中的混合料在210～300℃下处理30～120分钟。

4）然后送入活化转炉，在350～500℃下活化处理30～120分钟，经后处理得到粉状活性炭。

5）生产颗粒活性炭：将步骤2）中的混合料在100～150℃下塑化处理60～120分钟。

6）将具有可塑性的物料转炉捏合机中捏合5～10分钟，物料捏合均匀后转入成型设备，直接压制成直径为2mm或4mm的柱状物料，不需要另外添加粘合剂。

7）将柱状物料通过输送带转入炭化转炉，在210～300℃下保留30～120分钟，使物料充分干燥固化。

8）待固化结束，将物料转入活化转炉中，在350～500℃，保持30～120分钟，活化结束后，将产品经后处理后得到成品。

实施例1：

1）用余热锅炉回收活性炭生产过程中预热产生的蒸汽对含水量为30%的经过筛选的新鲜杉木屑进行蒸馏，蒸馏温度为110℃，蒸馏3小时后，杉木屑中所含的有效成分随蒸汽一同进入冷却工序，得到液态原油水，油水分离后得到杉木精油，剩余物为提油后杉木屑；

2）将提油后杉木屑与60%wt磷酸液按照磷木比2.0:1进行混合，并按照磷酸质量的1%加入催化剂浓硫酸（98%wt），混合料送入密闭保温桶中在70℃下恒温保持3小时后转入炭化转炉进行炭化，炭化炉温度为250℃，停留时间为60分钟，然后送入活化转炉，活化温度为450℃，活化时间为30分钟，得到活化料，再经回收、漂洗、烘干、磨粉等后处理得到粉状活性炭，产品的性能：亚甲基蓝脱色力为20ml/0.1g（285mg/g），碘值为1120mg/g，焦糖脱色力为120%。

实施例2：

1）用余热锅炉回收活性炭生产过程中的预热产生的蒸汽对含水量为30%的经过筛选的新鲜杉木屑进行蒸馏，蒸馏温度为110℃，蒸馏3小时后，杉木屑中所含的有效成分随蒸汽一同进入冷却工序，得到液态原油水，油水分离后得到杉木精油，剩余物为提油后杉木屑；

2）将提油后杉木屑与65%wt磷酸液按照磷木比2.0:1进行混合，并按照磷酸质量的2%加入催化剂浓硫酸（98%），混合料送入密闭保温桶中在80℃下恒温保持1.5小时后转入塑化转炉，塑化温度为150℃，停留时间为1小时，塑化料经捏合机处理10分钟后送入油压机中成型直径为2mm的柱状料，然后转入炭化转炉进行炭化，炭化炉温度为280℃，停留时间为70分钟，然后送入活化转炉，活化温度为500℃，活化时间为30分钟，得到活化料，再经回收、漂洗、烘干等后处理得到颗粒活性炭，产品的性能：亚甲基蓝脱色力为17ml/0.1g(240mg/g)，碘值为1156mg/g，丁烷工作容量为12g/100ml，强度为91%，比表面积可达2800m²/g。

实施例3：

2）将提油后杉木屑与65%wt磷酸液按照磷木比2.0:1进行混合，并按照磷酸质量的1%加入催化剂浓硫酸（98%），混合料送入密闭保温桶中在70℃下恒温保持2小时后转入塑化塑化转炉塑化，塑化温度为150℃，停留时间为1小时，塑化料经捏合机处理10分钟后送入油压机中成型直径为4mm的柱状料，然后转入炭化转炉进行炭化，炭化炉温度为260℃，停留时间为90分钟，然后送入活化转炉，活化温度为500℃，活化时间为60分钟，得到活化料，再经回收、漂洗、烘干等后处理得到颗粒活性炭，产品的性能：亚甲基蓝脱色力为16ml/0.1g（225mg/g），碘值为1076mg/g，丁烷工作容量为11g/100ml，强度为93%。

Claims

1.一种木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，以水蒸汽对新鲜杉木屑进行蒸馏，所得蒸汽冷却后冷凝液经油水分离后得到杉木精油；其特征在于，以提油后杉木屑与磷酸按照纯磷酸与绝干木屑质量比为1.8～3.0:1的比例进行混合，并按照磷酸质量的1%～8%的比例加入助催化剂浓硫酸充分混合后，然后送入密闭的保温桶30～90℃下进行低温渗透处理1～48h；通过炭化、活化及后处理得到化学法粉状活性炭；或者通过塑化、捏合、成型、干燥固化、炭活化及后处理后得化学法颗粒活性炭。

2.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，蒸馏时，蒸汽温度为110℃，蒸馏时间为3-4小时，水与绝干木屑的质量比为7-8:1。

3.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，磷酸的浓度为40%wt～70%wt。

4.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，提油后的杉木屑，过10～60目筛再使用。

5.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，化学法粉状活性炭的炭化温度为210～300℃，炭化时间为30～120分钟，活化温度为350～500℃，活化时间为30～120分钟。

6.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，化学法颗粒活性炭的塑化温度100～150℃，塑化时间60～120分钟。

7.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，捏合采用捏合机处理5-10分钟。

8.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，采用油压成型机直接压制成型。

9.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，干燥固化温度为210～300℃，干燥固化时间为30～120分钟。

10.根据权利要求1所述木材加工废弃物杉木屑提取精油联产化学法活性炭的方法，其特征在于，炭活化温度为350～500℃，炭活化时间为30～120分钟。