CN106000376A - 用于负载催化剂的木质颗粒活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空气净化的负载催化剂的木质颗粒活性炭及其制备方法，属空气净化用活性炭及其制备方法领域，其原料质量配比为：质粉状活性炭78‑82份、粘合剂6‑7份，固化剂0.5‑0.8份，碳酸氢钠2.5‑3.5份，丙烯酸9‑13份，水182‑210份；上述原料经混合、拌匀、造粒成为木质颗粒活性炭；其制备方法包括以下步骤：A、备料；B、制粘合液；C、拌料；D、造粒。本发明孔隙结构发达，比煤质活性炭和椰壳活性炭能附载两倍以上的催化剂，能使吸附在活性炭上的有害气体被降解，其耐温、耐水，又耐磨和抗老化、强度和耐磨性好。

Description

用于负载催化剂的木质颗粒活性炭及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气净化用活性炭及其制备方法领域，特别是指一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭及其制备方法。
背景技术
目前，室内及车内等密闭空间内的VOCS(挥发性可燃气体，主要是甲醛、苯、甲苯及二甲苯等)对人体造成的伤害日益受到人们的重视。目前市场上用于空气净化器领域和有害气体及溶剂回收处理领域的柱状活性炭绝大部分都是采用煤质活性炭和椰壳活性炭，它们在成型当中采用了大量的煤焦油、沥青和有机粘合剂，然后经过捏合搅拌均与后，再用500吨液压机强行液压造粒成型。这两种产品具有以下几点缺陷：(1)再好的煤质活性炭和椰壳活性炭它们的孔隙结构都远远不如木质活性炭发达，因为它们只有微孔发达，而没有木质活性炭独有的大孔和中孔，所以对于空气中的多种有害气体，煤质活性炭和椰壳活性炭是不能与木质活性炭相提并论的；(2)木质活性炭的体积大，比重轻，吸附功能强，而煤质活性炭和椰壳活性炭的密度大，堆积比重大，吸附能力非常有限；煤质活性炭和椰壳活性炭的四氯化碳指标最好的只有60-80wt％,而木质活性炭最好的有120-135wt％以上，并且木质活性炭的碘吸附值一般最低的都有1200以上，而煤质活性炭最好的才有900左右；(3)用煤焦油和沥青制成的柱状或颗粒煤质活性炭，在负载改性催化剂时会产生一种强烈刺鼻的臭味，严重污染环境；(4)因煤质柱状活性炭和椰壳颗粒活性炭的堆积比重，在制作空气净化器滤网和制作空气净化塔时会大大增加生产成本和运行成本；(4)由于煤质活性炭和椰壳活性炭的大、中孔不发达，因此，在负载催化剂时，它只能附载在细小的微孔里面和活性炭的表面，从而大大降低了它的净化效果和净化能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种以木质粉状活性炭为主要原材料造粒后制成的用于负载催化剂的木质颗粒活性炭及其制备方法，其孔隙结构发达，比煤质活性炭和椰壳活性炭能附载两倍以上的催化剂，能使吸附在活性炭上的有害气体被降解，其耐温、耐水，又耐磨和抗老化、强度和耐磨性好。
本发明提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭，其原料质量配比为：木质粉状活性炭78-82份、粘合剂6-7份，固化剂0.5-0.8份，碳酸氢钠2.5-3.5份，丙烯酸9-13份，水182-210份；上述原料经混合、拌匀、造粒成为木质颗粒活性炭。
优选地，所述木质粉状活性炭是以杉树木屑为原料，以磷酸为催化剂采用化学法生产的250-320目粉状活性炭。
本发明还提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
A、备料：按以下质量配比准备原料：木质粉状活性炭78-82份、粘合剂6-7份，固化剂0.5-0.8份，碳酸氢钠2.5-3.5份，丙烯酸9-13份，水182-210份；
B、制粘合液：将上述粘合剂、固化剂、碳酸氢钠、丙烯酸、水进行高速剪切搅拌，搅拌足够时间使各原料充分混合均匀，成为均质的胶粘流体状的粘合液；
C、拌料：再将木质粉状活性炭和粘合液进行高速搅拌、捏合，使粉状活性炭和已配制好的粘合液完全溶于一体；
D、造粒：用造粒及破断设备将拌好的料制成颗粒状，烘干至水分10％以下。
优选地，木质粉状活性炭为以磷酸为催化剂生产的化学法活性炭，其生产方法包括以下步骤：先将木屑原料进行筛选烘干；加配磷酸与木屑捏合搅拌，磷酸与木屑的质量比例为1:1.5；输入炭化炉，炭化料的炭温控制为200-220℃；输入活化炉，活化料的温度控制在480-550℃；再将磷酸回收后的木屑漂洗、晾干、烘干至水分≤10％；擂磨成250-320目即得。
所述“B、制粘合液”步骤中，采用高速分散机进行高速剪切搅拌；所述“C、拌料”采用高速捏合机进行高速搅拌、剪切、捏合。
所述“D、造粒”步骤中，造粒设备的造粒压力为5.0-7.0MPa，造粒的颗粒规格粒径2.0-2.5mm。
“G、干燥”步骤中，烘干的温度控制在80-120度左右，烘干时间为3-4个小时；烘干后筛分，将细炭灰彻底筛除，再包装即得。
本发明的有益效果是：在“制粘合液”步骤中，进行高速剪切能将粘合剂快速分解溶于水，制成胶粘体，并且可以快速将固化剂、碳酸氢钠、丙烯酸等与粘合剂混合搅拌，从而达到生产工艺所需要的效果；在“拌料”步骤中，因活性炭和粘合剂是两种不同形状和性质的物料，活性炭是水分≤10％粉状物体，而粘合剂是浆糊状流体，充分搅拌捏合能让两种物体通过机械的高速运转、搅拌、剪切、捏合，达到使粉状活性炭和已配制好的粘合剂完全溶于一体成为制粒前的物料；经成型烘干后，粘合剂材料会很快成形一个无形的网架结构，将活性炭牢牢地固化成型，从而达到既不破坏活性炭的孔隙结构，又能将粉状活性炭有机地结合在一起；
成型造粒工序的配方中，选用木质粉状活性炭的为主要原料，它的主要优点是孔隙结构发达，分布合理，不但微孔发达，还有其它像煤质活性炭、椰壳活性炭、果壳活性炭等都不具有的中孔和大孔，因此只有活性炭本身具有发达的孔隙结构支撑的成型活性炭产品，才能更大容量地载入更多的催化剂，才能突显产品对有害气体的特殊性能和高效分解的作用。另一方面，选用木质活性炭是由于它的体积大、重量轻、堆积密度小，与其它如煤质炭相比，同体积的填充量要少用炭40％左右，能大大地降低用户的生产成本，也为节约有限的煤炭资源开辟了新的有效途径。
选用羧甲基纤维素等4中添加剂能将木质粉状活性炭能有效成型，确保成型后的强度和耐酸、耐碱、耐温的基本性能，还能确保活性炭的孔隙结构不被破坏和堵塞。粘合剂选用羧甲基纤维素(化学表述为CMC)是充分利用其能易溶于水和具有增稠、成膜、黏结、水分保护和胶体保护的优越性能，并且在溶于水后，通过充分搅拌完全粘合，二者之间不存在固液分离现象，表面平整光滑，干燥后成形一个网套，能有效地将活性炭及其它物质牢牢地网住成形不同形状的产品，从而解决确保活性炭的孔隙结构不被破坏和堵塞，达到最佳吸附效果。而固化剂也就是3051低分子聚酰胺，它的主要作用是利用它具有优良的高温力学性能，从而提高成型后的产品具有弯曲强度和拉伸强度，增加产品的稳定性、耐热性、粘结性和阻燃性，从而使产品能适应在不同环境下的使用，延长产品使用寿命，确保产品质量的稳定。碳酸氢钠是一种膨化剂和酸碱调节剂，将共用于成型活性炭的生产当中，主要增加成型后活性炭产品的孔隙结构，降低密度，提高吸附能力和空间，而且，碳酸氢钠还有吸收空气中的琉璃酸和异味，杀死细菌的功能，调节中和活性炭的酸碱度。丙烯酸类的聚合物具有广泛的黏结性，并且耐水、耐光、抗老化，安全可靠，无任何毒性，将其用于成型活性炭的生产，它在常温、常压下可以使粉状活性炭实现快速黏合成型，并使产品成型后具有一定的弹性和韧性，确保产品的强度和耐磨性。羧甲基纤维素的网套成形、胶体保护作用，固化剂的高温力学性能，碳酸氢钠的膨化和杀菌去味功能，丙烯酸的黏合和增加韧性、强度作用，该四者有机结合、相辅相成、共同作用于将粉末活性炭，通过充分搅拌然后制得颗粒或柱状形活性炭产品，使制得的产品达到性能良好、效果显著，既耐温、耐水，又耐磨和抗老化，从而满足市场和客户的需要。
总之，本发明产品主要用于空气净化器和有害气体净化处理行业，主要优点是：(1)选用木质活性炭制成的柱状或颗粒活性炭体积大，孔隙结构发达，吸附能力强，经负载入催化剂后，甲醛有效去除率可达到了97％以上，洁净空气量为110-150％，累计净化量为甲醛M＞1500ml(F4区间)；(2)比煤质活性炭和椰壳活性炭能附载两倍以上的催化剂，从而大大提高了活性炭在空气净化器的性能和空气滤网的使用周期；(3)木质柱状(颗粒)活性炭的堆积比为0.35g/ml，为轻质炭，与煤质炭相比要轻50％以上，这样，与其它煤质活性炭相比，本产品的用量是其它活性炭的50％，因此可以实现环保节能，降低企业生产成本的作用。
具体实施方式
实施例一
本实施例提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭，其原料质量配比为：木质粉状活性炭79份、粘合剂7份，固化剂0.6份，碳酸氢钠2.6份，丙烯酸10份，水185份；所述木质粉状活性炭是以杉树木屑为原料，以磷酸为催化剂采用化学法生产的260目粉状活性炭。
本发明还提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
A、备料：按上述质量配比准备六种原料；
B、制粘合液：将上述粘合剂、固化剂、碳酸氢钠、丙烯酸、水进行高速剪切搅拌，搅拌足够时间使各原料充分混合均匀，成为均质的胶粘流体状的粘合液；
C、拌料：再将木质粉状活性炭和粘合液进行高速搅拌、捏合，使粉状活性炭和已配制好的粘合液完全溶于一体；
D、造粒：用造粒及破断设备将拌好的料制成颗粒状，烘干至水分10％以下。
木质粉状活性炭为以磷酸为催化剂生产的化学法活性炭，其生产方法包括以下步骤：先将木屑原料进行筛选烘干；加配磷酸与木屑捏合搅拌，磷酸与木屑的质量比例为1:1.4；输入炭化炉，炭化料的炭温控制为200℃；输入活化炉，活化料的温度控制在490℃；再将磷酸回收后的木屑漂洗、晾干、烘干至水分≤10％；擂磨成250-320目即得。
所述“B、制粘合液”步骤中，采用高速分散机进行高速剪切搅拌；所述“C、拌料”采用高速捏合机进行高速搅拌、剪切、捏合。所述“D、造粒”步骤中，造粒设备的造粒压力为5.0-7.0MPa，造粒的颗粒规格粒径2.0-2.5mm。
实施例二
本实施例提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭，其原料质量配比为：木质粉状活性炭80份、粘合剂9份，固化剂0.7份，碳酸氢钠3.0份，丙烯酸12份，水200份；所述木质粉状活性炭是以杉树木屑为原料，以磷酸为催化剂采用化学法生产的280目粉状活性炭。
本发明还提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
A、备料：按上述质量配比准备六种原料；
B、制粘合液：将上述粘合剂、固化剂、碳酸氢钠、丙烯酸、水进行高速剪切搅拌，搅拌足够时间使各原料充分混合均匀，成为均质的胶粘流体状的粘合液；
C、拌料：再将木质粉状活性炭和粘合液进行高速搅拌、捏合，使粉状活性炭和已配制好的粘合液完全溶于一体；
D、造粒：用造粒及破断设备将拌好的料制成颗粒状，烘干至水分10％以下。
木质粉状活性炭为以磷酸为催化剂生产的化学法活性炭，其生产方法包括以下步骤：先将木屑原料进行筛选烘干；加配磷酸与木屑捏合搅拌，磷酸与木屑的质量比例为1:1.5；输入炭化炉，炭化料的炭温控制为210℃；输入活化炉，活化料的温度控制在500℃；再将磷酸回收后的木屑漂洗、晾干、烘干至水分≤10％；擂磨成250-320目即得。
所述“B、制粘合液”步骤中，采用高速分散机进行高速剪切搅拌；所述“C、拌料”采用高速捏合机进行高速搅拌、剪切、捏合。所述“D、造粒”步骤中，造粒设备的造粒压力为5.0-7.0MPa，造粒的颗粒规格粒径2.0-2.5mm。
实施例三
本实施例提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭，其原料质量配比为：木质粉状活性炭82份、粘合剂10份，固化剂0.8份，碳酸氢钠3.3份，丙烯酸13份，水205份；所述木质粉状活性炭是以杉树木屑为原料，以磷酸为催化剂采用化学法生产的300目粉状活性炭。
本发明还提出一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
A、备料：按上述质量配比准备六种原料；
B、制粘合液：将上述粘合剂、固化剂、碳酸氢钠、丙烯酸、水进行高速剪切搅拌，搅拌足够时间使各原料充分混合均匀，成为均质的胶粘流体状的粘合液；
C、拌料：再将木质粉状活性炭和粘合液进行高速搅拌、捏合，使粉状活性炭和已配制好的粘合液完全溶于一体；
D、造粒：用造粒及破断设备将拌好的料制成颗粒状，烘干至水分10％以下。
木质粉状活性炭为以磷酸为催化剂生产的化学法活性炭，其生产方法包括以下步骤：先将木屑原料进行筛选烘干；加配磷酸与木屑捏合搅拌，磷酸与木屑的质量比例为1:1.6；输入炭化炉，炭化料的炭温控制为220℃；输入活化炉，活化料的温度控制在530℃；再将磷酸回收后的木屑漂洗、晾干、烘干至水分≤10％；擂磨成250-320目即得。
所述“B、制粘合液”步骤中，采用高速分散机进行高速剪切搅拌；所述“C、拌料”采用高速捏合机进行高速搅拌、剪切、捏合。所述“D、造粒”步骤中，造粒设备的造粒压力为5.0-7.0MPa，造粒的颗粒规格粒径2.0-2.5mm。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭，其特征在于，其原料质量配比为：木质粉状活性炭78-82份、粘合剂6-7份，固化剂0.5-0.8份，碳酸氢钠2.5-3.5份，丙烯酸9-13份，水182-210份；上述原料经混合、拌匀、造粒成为木质颗粒活性炭。
2.根据权利要求1所述的用于负载催化剂的木质颗粒活性炭，其特征在于，所述木质粉状活性炭是以杉树木屑为原料，以磷酸为催化剂采用化学法生产的250-320目粉状活性炭。
3.一种用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、备料：按以下质量配比准备原料：木质粉状活性炭78-82份、粘合剂6-7份，固化剂0.5-0.8份，碳酸氢钠2.5-3.5份，丙烯酸9-13份，水182-210份；
B、制粘合液：将上述粘合剂、固化剂、碳酸氢钠、丙烯酸、水进行高速剪切搅拌，搅拌足够时间使各原料充分混合均匀，成为均质的胶粘流体状的粘合液；
C、拌料：再将木质粉状活性炭和粘合液进行高速搅拌、捏合，使粉状活性炭和已配制好的粘合液完全溶于一体；
D、造粒：用造粒及破断设备将拌好的料制成颗粒状，烘干至水分10％以下。
4.根据权利要求3述的用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，木质粉状活性炭为以磷酸为催化剂生产的化学法活性炭，其生产方法包括以下步骤：先将木屑原料进行筛选烘干；加配磷酸与木屑捏合搅拌，磷酸与木屑的质量比例为1:1.5；输入炭化炉，炭化料的炭温控制为200-220℃；输入活化炉，活化料的温度控制在480-550℃；再将磷酸回收后的木屑漂洗、晾干、烘干至水分≤10％；擂磨成250-320目即得。
5.根据权利要求3所述的用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备 方法，其特征在于，所述“B、制粘合液”步骤中，采用高速分散机进行高速剪切搅拌；所述“C、拌料”采用高速捏合机进行高速搅拌、剪切、捏合。
6.根据权利要求4所述的用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述“D、造粒”步骤中，造粒设备的造粒压力为5.0-7.0MPa，造粒的颗粒规格粒径2.0-2.5mm。
7.根据权利要求4所述的用于负载催化剂的木质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，“G、干燥”步骤中，烘干的温度控制在80-120度左右，烘干时间为3-4个小时；烘干后筛分，将细炭灰彻底筛除，再包装即得。
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