CN111514866A - 一种溶剂回收高效木质活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溶剂回收高效木质活性炭及其制备方法，其原料重量配比为：木质粉炭95‑105份、聚乙烯醇15‑22份、表面活性剂0.5‑5份、交联剂0.5‑5份和水95‑105份，以木质粉炭作为原炭，聚乙烯醇、表面活性剂、交联剂和水经混合配制成为胶黏剂，将胶黏剂与木质粉炭混合粘结成型后，活性炭被堵塞的孔隙结构较少，制备成型活性炭有更发达的孔隙结构和更好的粘结强度，提高了耐酸碱作用，使用时不掉灰，本申请解决交联剂堵塞炭孔及耐酸碱问题，吸附总量提高5‑10倍，进一步提高活性炭的使用寿命，能很好地适用于溶剂回收，降低企业成本、提高效率。

Description

一种溶剂回收高效木质活性炭及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及活性炭技术领域，具体为一种溶剂回收高效木质活性炭及其制备方法。
【背景技术】
随着工业化程度不断深入，人类赖以生存的水、土、空气受污染越来越严重，企业排放的废水、废渣、废气越来越多，三废严重影响人民的生活质量，环境治理变得非常重要，国家也大力推进。企业的生产的三废必须经过处理并达排放标准方可进行排放，去除这些有害物最理想、最有效、最环保的方法就是使用活性炭。
活性炭是一种孔隙发达、化学性质稳定的物质，分为煤质活性炭、木质活性炭和果壳活性炭，其中木质活性炭孔隙更发达。目前大多企业采用的是煤质活性炭进行处理，但存在成本比较高、处理效果不理想、使用寿命短的缺点，不仅增加了企业成本，更重要的是还要处理使用过的活性炭(危废物)。
木质活性炭用于溶剂回收发展很晚，在此领域占有率不高，其根本原因有：1、耐酸碱性能一般，遇到酸液或碱液时，胶黏剂很快会失去粘性，导致木质活性炭断裂或掉屑造成损失；2、胶黏剂堵塞炭孔，现有木质活性炭中胶黏剂容易渗入到活性炭孔隙内部，对成型活性炭的孔隙产生一定的影响，造成木质活性炭使用寿命相对偏短。因此，必须解决胶黏剂堵塞炭孔及耐酸碱问题，否则木质活性炭很难被适用于溶剂回收。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有活性炭使用寿命相对偏短问题，提供开一种能吸附多种VOC气体且吸附量提升的高效改性活性炭，可提高活性炭使用寿命以及降低企业生产大本。
本发明的另一个目的是提供一种溶剂回收高效木质活性炭的制备方法。
本发明提供技术方案如下：一种溶剂回收高效木质活性炭，原料重量配比为：木质粉炭95-105份、聚乙烯醇15-22份、表面活性剂 0.5-5份、交联剂0.5-5份和水95-105份。
本申请的一种溶剂回收高效木质活性炭，以木质粉炭作为原炭，聚乙烯醇、表面活性剂、交联剂和水经混合配制成为胶黏剂，按一定比例经配胶、混合、挤压成型、破碎、过筛制备而成，胶黏剂配制过程中，聚乙烯醇作为粘合剂与交联剂混合时发生交联反应，由原来的线状结构交叉连接起来变成空间网状结构，形成分子量较大的高聚交联物很难进入活性炭的孔隙内部，同时具有空间网状结构的高聚交联物不仅增加了粘度同时提高了耐酸碱性能，使得粘结性能更好，而表面活性剂的加入提高了高聚交联物的分散程度，同时起到增稠作用，解决了结块问题，在表面活性剂的催化改性作用下进一步提高了胶黏剂的柔韧性和粘结性能，将胶黏剂与木质粉炭混合粘结成型后制得的木质活性炭具有更大的比表面积，活性炭被堵塞的孔隙结构较少，制备成型活性炭有更发达的孔隙结构和更好的粘结强度，微孔结构越发达使得成型的木质活性炭吸附性能更强，粘结强度的增加使得成型产品不再与酸或碱反应，继而提高了耐酸碱作用，使用时不掉灰，本申请解决交联剂堵塞炭孔及耐酸碱问题，能很好地适用于溶剂回收，可大地降低企业成本、提高效率。
优选的，所述木质粉炭为采用磷酸法生产的目数≥200目、碘值≥1100mg/g、PH值≥5.6的木质粉状活性炭。所述木质粉炭为污水专用粉状活性炭，具有发达的中孔结构，吸附容量大、快速过滤等特性，可提高溶剂的回收率。
优选的，所述聚乙烯醇为PVA1792、PVA1799、PVA2099、PVA2092、 PVA2499、PVA2492中一种或几种组合。其作用是作为粘合剂，能与胶黏剂中其他组分发生交联反应形成网状交联物，将PVA线型结构交联而成网状结构，提高耐酸碱性能，使得活性炭孔隙分布和大小均匀。
优选的，所述表面活性剂为椰子油、十二烷基磺酸钠中一种或组合。所述表面活性剂作用是提高活性炭的吸附能力。十二烷基磺酸钠为阴离子表面活性剂起到增稠作用，改变聚乙烯醇的流变性能，提高了聚乙烯醇的分散性和相容性。
优选的，所述交联剂为硼砂、淀粉中一种或组合。其作用是与聚乙烯醇交联后，将炭分子之间联合固化起来，使得固化后的孔隙结构适合对有害物的吸附。硼砂能与聚乙烯醇的顺式羟基发生交联，使原来的线状结构变成网状结构，形成的具有空间网状结构的高聚物交联物具有抗剪切性能及耐酸碱性等性质，因此粘度增加，粘结性能变好。
一种溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料：按重量配比准备原料，备用；
S2、胶黏剂的配制：将聚乙烯醇加入水中搅拌均匀，静置4-6小时后再高速搅拌10-20分钟，加入表面活性剂中速搅拌4-6分钟，再加入交联剂中速搅拌4-6分钟；
S3、混料：将木质粉炭和胶黏剂加入反应釜中，边加入边搅拌，待加入完全后，再继续搅拌0.5-2小时；
S4、造粒成型：混料后送入造粒设备中，挤压成颗粒炭；
S5、烘烤：将颗粒炭烘烤至水分含量≤5％；
S6、破碎过筛：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎，破碎后过筛，即得。
优选的，步骤S4中挤压成粒径为2-5mm的颗粒炭。
优选的，步骤S5中在80-150℃温度下烘烤2-8小时。
优选的，步骤S6具体包括：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎成规格为0.9mm-9mm的颗粒状，破碎后进行过筛，选出符合粒径和长度要求的颗粒状真空包装。
优选的，所述中速搅拌为以300-500r/min的转速搅拌，所述高速搅拌为以800-1000r/min的转速搅拌。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
本发明一种溶剂回收高效木质活性炭，其原料重量配比为：木质粉炭95-105份、聚乙烯醇15-22份、表面活性剂0.5-5份、交联剂 0.5-5份和水95-105份，以木质粉炭作为原炭，聚乙烯醇、表面活性剂、交联剂和水经混合配制成为胶黏剂，按一定比例经配胶、混合、挤压成型、破碎、过筛制备而成，胶黏剂配制过程中，聚乙烯醇作为粘合剂与交联剂混合时发生交联反应，由原来的线状结构交叉连接起来变成空间网状结构，形成分子量较大的高聚交联物很难进入活性炭的孔隙内部，同时具有空间网状结构的高聚交联物不仅增加了粘度同时提高了耐酸碱性能，使得粘结性能更好，而表面活性剂的加入提高了高聚交联物的分散程度，同时起到增稠作用，解决了结块问题，在表面活性剂的催化改性作用下进一步提高了胶黏剂的柔韧性和粘结性能，将胶黏剂与木质粉炭混合粘结成型后，活性炭被堵塞的孔隙结构较少，制备成型活性炭有更发达的孔隙结构和更好的粘结强度，微孔结构越发达使得成型的木质活性炭吸附性能更强，粘结强度的增加使得成型产品不再与酸或碱反应，继而提高了耐酸碱作用，使用时不掉灰，本申请解决交联剂堵塞炭孔及耐酸碱问题，吸附总量提高5-10 倍，进一步提高活性炭的使用寿命，能很好地适用于溶剂回收，降低企业成本、提高效率。
本发明的一种溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，制备技术简单，木质粉炭原料经过特殊工艺生产，制得的溶剂回收高效木质活性炭使用寿命可提高50％以上，企业使用成本可降低30％以上，适合大批量连续生产。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例1～4说明本发明的具体技术方案：
实施例1：
一种的溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料：按表1重量配比准备原料，备用；
S2、胶黏剂的配制：将聚乙烯醇加入水中搅拌均匀，静置6小时后再高速搅拌10分钟，加入表面活性剂中速搅拌4分钟，再加入交联剂中速搅拌4分钟，备用；
S3、混料：将木质粉炭和胶黏剂按重量比100:22加入反应釜中，边加入边搅拌，待加入完全后，再继续搅拌1小时；
S4、造粒成型：混料后送入造粒设备中，挤压成粒径为2-5mm的颗粒炭；
S5、烘烤：将颗粒炭在120℃温度下烘烤4小时，检测水分含量≤5％；
S6、破碎过筛：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎成规格为 0.9mm-9mm的颗粒状，破碎后进行过筛，选出符合粒径和长度要求的颗粒状真空包装，即得(上述高速搅拌为1000r/min，中速搅拌为 500r/min)。
实施例2：
一种的溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料：按表1重量配比准备原料，备用；
S2、胶黏剂的配制：将聚乙烯醇加入水中搅拌均匀，静置5小时后再高速搅拌20分钟，加入表面活性剂中速搅拌5分钟，再加入交联剂中速搅拌5分钟，备用；
S3、混料：将木质粉炭和胶黏剂按重量比100:30加入反应釜中，边加入边搅拌，待加入完全后，再继续搅拌1.5小时；
S4、造粒成型：混料后送入造粒设备中，挤压成粒径为2-5mm的颗粒炭；
S5、烘烤：将颗粒炭在150℃温度下烘烤2小时，检测水分含量≤5％；
S6、破碎过筛：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎成规格为 0.9mm-9mm的颗粒状，破碎后进行过筛，选出符合粒径和长度要求的颗粒状真空包装，即得(上述高速搅拌为800r/min，中速搅拌为 300r/min)。
实施例3：
S1、备料：按表1重量配比准备原料，备用；
S2、胶黏剂的配制：将聚乙烯醇加入水中搅拌均匀，静置4小时后再高速搅拌15分钟，加入表面活性剂中速搅拌5分钟，再加入交联剂中速搅拌5分钟，备用；
S3、混料：将木质粉炭和胶黏剂按重量比100:1加入反应釜中，边加入边搅拌，待加入完全后，再继续搅拌0.5小时；
S4、造粒成型：混料后送入造粒设备中，挤压成粒径为2-5mm的颗粒炭；
S5、烘烤：将颗粒炭在80℃温度下烘烤8小时，检测水分含量≤5％；
S6、破碎过筛：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎成规格为0.9mm-9mm的颗粒状，破碎后进行过筛，选出符合粒径和长度要求的颗粒状真空包装，即得(上述高速搅拌为900r/min，中速搅拌为 400r/min)。
实施例4：
S1、备料：按表1重量配比准备原料，备用；
S2、胶黏剂的配制：将聚乙烯醇加入水中搅拌均匀，静置4.5小时后再高速搅拌12分钟，加入表面活性剂中速搅拌5.5分钟，再加入交联剂中速搅拌5.5分钟，备用；
S3、混料：将木质粉炭和胶黏剂按重量比100:14加入反应釜中，边加入边搅拌，待加入完全后，再继续搅拌1小时；
S4、造粒成型：混料后送入造粒设备中，挤压成粒径为2-5mm的颗粒炭；
S5、烘烤：将颗粒炭在130℃温度下烘烤3小时，检测水分含量≤5％；
S6、破碎过筛：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎成规格为 0.9mm-9mm的颗粒状，破碎后进行过筛，选出符合粒径和长度要求的颗粒状真空包装，即得(上述高速搅拌为1000r/min，中速搅拌为500r/min)。
表1：实施例1～4溶剂回收高效木质活性炭的组分配比：
Figure BDA0002494204530000091
测试实验：
1、吸附总量：分别取相同量的实施例1～4所制得的溶剂回收高效木质活性炭和市售某品牌木质活性炭(对比例)在相同条件下处理污水，进行活性炭吸附总量测试，测试结果如表2所示。其中活性炭吸附总量q的计算公式为：q＝V(C0-Ci)/W；其中V污水体积，单位L；C0为吸附前原污水有机物初始浓度，单位mg/L；Ci为吸附后处理水有机物平衡浓度，单位mg/L；W为木质活性炭的用量，单位g。
2、耐酸性：将实施例1～4所制得的溶剂回收高效木质活性炭和市售某品牌木质活性炭(对比例)浸泡在盐酸溶液中，观察实验样品变化，测试结果如表2所示。
3、耐碱性：将实施例1～4所制得的溶剂回收高效木质活性炭和市售某品牌木质活性炭(对比例)浸泡在碳酸钠溶液中，观察实验样品变化，测试结果如表2所示。
4、净化能力测试，分别测试实施例1～4所制得的溶剂回收高效木质活性炭和市售某品牌木质活性炭(对比例)的CADR值，测试仪器：激光粒子计数器，测试环境：温度为：25±1.5℃，湿度为：40 ±5％，测试结果如表2所示。
表2测试结果：
Figure BDA0002494204530000101
从表2测试数据可知，本申请实施例相较对比例，其吸附总量可提高5-10倍，本申请胶黏剂固化后可以使得活性炭孔隙大小和分布均匀，避免堵塞活性炭空隙，提高孔隙密度，孔隙结构适合对有害物的吸附，而对比例由于炭分子间的空隙堵塞，损失了很多有效吸附的孔，导致吸附到一定量后会中毒不再吸附。且本申请具有很好的耐酸碱性，胶黏剂在生产过程中发生交联反应，使得产品不再与酸或碱反应，继而提高了耐酸碱作用，使用时不掉灰，而对比例遇酸或碱会破坏里面的胶，使胶很快失去粘性，继而炭失去连接作用而脱落，从而炭颗粒分散变成泥样，失去作用；相较对比例本申请还具有很好的净化能力；本申请解决交联剂堵塞炭孔及耐酸碱问题，能很好地适用于溶剂回收，可大地降低企业成本、提高效率。

Claims (10)

1.一种溶剂回收高效木质活性炭，其特征在于，其原料重量配比为：木质粉炭95-105份、聚乙烯醇15-22份、表面活性剂0.5-5份、交联剂0.5-5份和水95-105份。
2.根据权利要求1所述的一种溶剂回收高效木质活性炭，其特征在于：所述木质粉炭为采用磷酸法生产的目数≥200目、碘值≥1100mg/g、PH值≥5.6的木质粉状活性炭。
3.根据权利要求1所述的一种溶剂回收高效木质活性炭，其特征在于：所述聚乙烯醇为PVA1792、PVA1799、PVA2099、PVA2092、PVA2499、PVA2492中一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的一种溶剂回收高效木质活性炭，其特征在于：所述表面活性剂为椰子油、十二烷基磺酸钠中一种或组合。
5.根据权利要求1所述的一种溶剂回收高效木质活性炭，其特征在于：所述交联剂为硼砂、淀粉中一种或组合。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、备料：按重量配比准备原料，备用；
S2、胶黏剂的配制：将聚乙烯醇加入水中搅拌均匀，静置4-6小时后再高速搅拌10-20分钟，而后加入表面活性剂中速搅拌4-6分钟，再加入交联剂中速搅拌4-6分钟；
S3、混料：将木质粉炭和胶黏剂加入反应釜中，边加入边搅拌，待加入完全后，再继续搅拌0.5-2小时；
S4、造粒成型：混料后送入造粒设备中，挤压成颗粒炭；
S5、烘烤：将颗粒炭烘烤至水分含量≤5％；
S6、破碎过筛：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎，破碎后过筛，即得。
7.根据权利要求6所述的溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，其特征在于：步骤S5中在80-150℃温度下烘烤2-8小时。
8.根据权利要求6所述的溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，其特征在于：步骤S6具体包括：将烘烤好的颗粒炭送入破碎设备中破碎成规格为0.9mm-9mm的颗粒状，破碎后进行过筛，选出符合粒径和长度要求的颗粒状真空包装。
9.根据权利要求6所述的溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，其特征在于：所述中速搅拌为以300-500r/min的转速搅拌，所述高速搅拌为以800-1000r/min的转速搅拌。
10.根据权利要求6所述的溶剂回收高效木质活性炭的制备方法，其特征在于：步骤S4中挤压成粒径为2-5mm的颗粒炭。
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