CN116970367A - 一种粘结剂、粘结剂制备方法及采用该粘结剂的炭吸附剂 - Google Patents
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Abstract
一种粘结剂、粘结剂制备方法及采用该粘结剂的炭吸附剂，涉及粘结剂技术领域，其中一种炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，包括从木质素和木质素磺酸盐中选择至少一种溶解于水中使其充分溶胀，再分别加入粘结促进剂和稳定剂，搅拌均匀获得粘结剂。该粘结剂无毒、无污染、无气味且低成本，其在炭吸附剂生产应用中能达到和焦油型粘结剂同等高的机械强度，同时具备高吸附性能。
Description
技术领域
本发明涉及粘结剂技术领域，尤其设置一种用于炭吸附剂成型的粘结剂。
背景技术
炭吸附剂是以优质煤、木材、果壳等各种含碳材料为原料，经过磨粉、加入粘结剂捏合、压制成型、炭化、活化制造而成的优良吸附剂，其具有高度发达的内部孔隙结构和巨大的比表面积，以及优良的吸附性能和耐酸、耐碱、耐热等稳定的物理化学性质，广泛应用于净化水、净化空气、脱色精制、气体分离、溶剂回收、有毒有害气体脱除及防护、催化剂和催化剂载体等诸多领域。其中，颗粒炭吸附剂尤其是柱状颗粒炭吸附剂是使用范围最广、生产品种最多的吸附剂产品，也是现代工业生产、环境保护和人们生活中必不可少的吸附材料。
目前，柱状颗粒炭吸附剂产品在捏合成型生产过程中仍然采用传统的方法，所用的粘结剂是掺入沥青的高温煤焦油，其主要成分是酚类、芳香烃和杂环化合物的混合物，易燃、含硫、有特殊臭味，属于IARC第一类致癌物质。由于沥青和焦油具有的有害和危险特性，加大了储存、防护和环保治理成本，也导致生产环境较为恶劣，并且随着近年来焦油加氢项目的快速增多，煤焦油资源竞争力加大，价格较高。
因此，需要对目前炭吸附剂成型用的粘结剂进行改进，使其具备无毒、无污染、无气味、低成本的环保型粘结剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炭吸附剂成型用粘结剂及其制备方法，该粘结剂无毒、无污染、无气味且低成本，其在炭吸附剂生产应用中能达到和焦油型粘结剂同等高的机械强度，同时具备高吸附性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，包括从木质素和木质素磺酸盐中选择至少一种溶解于水中使其充分溶胀，再分别加入粘结促进剂和稳定剂，搅拌均匀获得粘结剂；
相应的，所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸钙、木质素磺酸铵、木质素磺酸钠和木质素磺酸镁；
相应的，将木质素或/和木质素磺酸盐溶解于温度为15℃～50℃的水中，搅拌后静置6～12h以使其充分溶胀；
相应的，所述木质素或/和木质素磺酸盐溶解于水中的浓度为5～20％；
相应的，所述粘结促进剂在粘结剂中的重量占比为4～15％
相应的，所述粘结促进剂为糠醛抽出油；
相应的，所述稳定剂在粘结剂中的重量占比为0.1～4.0％；
相应的，所述稳定剂为碱金属醇盐和脂肪胺中的至少一种。
一种炭吸附剂成型用粘结剂，包括采用前述制备方法制得的粘结剂。
一种炭吸附剂，包括采用前述粘结剂制得的炭吸附剂。
本发明的有益效果为：
1)采用木质素和木质素磺酸盐作为原料，借助木质素和木质素磺酸盐的低成本、可再生、可生物降解的优点，减少环境污染，此外，木质素和木质素磺酸盐含有丰富的官能团，如酚羟基、甲氧基、磺酸根等，可以与金属离子或其他有机分子形成配位结构或交联网络，提高粘结剂的稳定性和强度；
2)糠醛抽出油是一种从糠醛生产过程中得到的低价值的副产品，含有糠醛、糠醛、呋喃、呋喃酮等有机化合物，利用它作为粘结促进剂可以节约其他昂贵的原料(如苯酚、甲醛、尿素等)，减少对环境的污染，实现资源的循环利用，并且糠醛抽出油中的有机化合物可以与木质素和木质素磺酸盐中的官能团发生缩合反应或氧化偶联反应，形成更稳定的网络结构，增强了粘结剂与基材之间的相容性和界面作用；
3)以碱金属醇盐作为稳定剂，碱金属醇盐可以与木质素和木质素磺酸盐中的酚羟基和磺酸根形成弱电解质溶液，降低溶液的离子强度，增加溶液的粘度和流动性，从而抑制粘结剂的沉淀和分层，提高粘结剂的稳定性，同时，碱金属醇盐还可以催化木质素中的C-O键的断裂，生成低分子量的芳香单体或寡聚物，这些低分子量的产物可以提高木质素和木质素磺酸盐与其他组分的相容性和反应活性，从而提高粘结剂的粘接强度和耐水性；
4)以脂肪胺作为稳定剂，可以在粘结剂的表面形成吸附层，减少粘结剂与空气或其他介质之间的相互作用力，从而降低粘结剂的表面张力，并且脂肪胺可以与木质素和木质素磺酸盐中的酚羟基和磺酸根形成氢键或离子键，提高粘结剂的润湿性和分散性，此外，脂肪胺同样和碱金属醇样一样可以作为木质素转化的催化剂或助催化剂，提高粘结剂的粘接强度和耐水性。
附图说明
图1是本发明一实施例所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例所述的采用前述粘结剂制备炭吸附剂的流程示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位的术语或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。所述“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法包括如下步骤：
1)将木质素或/和木质素磺酸盐溶解于15℃～50℃的水中，并保证其溶解的浓度为5～20％。其中，木质素磺酸盐包括木质素磺酸钙、木质素磺酸铵、木质素磺酸钠和木质素磺酸镁；
2)搅拌后静置6～12h，使其充分溶胀；
3)待充分溶胀后，加入粘结促进剂和稳定剂。本实施例中，粘结促进剂为糠醛抽出油，糠醛抽出油在粘结剂中的重量占比为4～15％，稳定剂为碱金属醇盐(举例但不限于甲醇钠、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钾)和脂肪胺(举例但不限于三乙胺、异丙胺)中的至少一种，碱金属醇盐或/和脂肪胺在粘结剂中的重量占比为0.1～4.0％；
4)将前述混合物搅拌均匀，即可得到本实施例所需的无毒、无污染、无气味的粘结剂，解决了使用传统煤焦油粘结剂所带来的环境污染问题，并可大大提高适用安全性并降低使用成本。
如图2所示，基于本实施例所制得的粘结剂，示出了用于炭吸附剂的制备的基本流程：
1)筛选获得一定目数和灰分的煤质或/和生物质的炭原料粉末；
2)将一定比例的前述粘结剂和炭原料粉末混合均匀并搅拌捏合；
3)在干燥后依次进行碳化和活化，制得炭吸附剂。
由此制得的炭吸附剂技术指标优良，同时保持有高的机械强度，更为具体的：强度95～97％，碘吸附值>1000mg/g，比表面积1000～1200m2/g。以下提供几种具体的炭吸附剂制备流程：
实施例1
将经破碎磨粉至200－300目且灰分小于5％的2000g烟煤加入捏合机内，再加入占烟煤粉末比例35％(质量百分数)的前述粘结剂，搅拌捏合35min，经液压机造粒成型得到Φ4.0mm的颗粒，自然干燥或烘干后置于炭化炉内炭化1h，再置于活化炉内于900℃条件下通入水蒸气活化3.5h，制得炭吸附剂。
实施例2
将经破碎磨粉至200－300目且灰分小于5％的2000g无烟煤加入捏合机内，再加入占无烟煤粉末比例37％(质量百分数)的前述粘结剂，搅拌捏合40min，经液压机造粒成型得到Φ4.0mm的颗粒，自然干燥或烘干后置于炭化炉内炭化1h，再置于活化炉内于900℃条件下通入水蒸气活化3.5h，制得炭吸附剂。
实施例3
将经破碎磨粉至200－300目且灰分小于5％的2000g烟煤加入捏合机内，再加入占烟煤粉末比例38％(质量百分数)的前述粘结剂，搅拌捏合40min，经液压机造粒成型得到Φ1.5mm的颗粒，自然干燥或烘干后置于炭化炉内炭化1h，再置于活化炉内于900℃条件下通入水蒸气活化3.5h，制得炭吸附剂。
实施例4
将经破碎磨粉至200－300目的2000g竹质炭粉加入捏合机内，再加入占竹质炭粉比例38％(质量百分数)的前述粘结剂，搅拌捏合35min，经液压机造粒成型得到Φ4.0mm的颗粒，自然干燥或烘干后置于炭化炉内炭化1h，再置于活化炉内于900℃条件下通入水蒸气活化3.5h，制得炭吸附剂。
实施例5
将经破碎磨粉至200－300目的2000g椰壳炭粉加入捏合机内，再加入占炭粉比例38％(质量百分数)的前述粘结剂，搅拌捏合40min，经液压机造粒成型得到Φ2.0mm的颗粒，自然干燥或烘干后置于炭化炉内炭化1h，再置于活化炉内于900℃条件下通入水蒸气活化3.5h，制得炭吸附剂。
此外，分别对应实施例1-实施例5设置对照组，对照组和与之对应的实施例对于炭吸附剂的制备工艺完全相同，区别点仅在于将对应的粘结剂更换为市场上现有的由高温煤焦油制得的粘结剂。采用GB/T7702－2008煤质颗粒活性炭试验方法对前述实施例1-实施例3以及对照组1-对照组3所制得的炭吸附剂进行性能测试，采用GB/T12496－1999木质活性炭试验规定的方法检测对实施例4、实施例5、对照组4和对照组5所制得的炭吸附剂进行性能测试，其获得的炭质吸附剂的主要技术指标如下表所示：
从以上表中数据可以看出，本方法制备的粘结剂用于颗粒炭吸附剂成型和生产中，产品综合性能指标可完全达到焦油制作工艺的技术水平，获得同等高的机械强度，具备高吸附性能，同时因采用的粘结剂是无毒、无污染、无气味且低成本，使得得到的炭吸附剂也存在无毒、无污染和低成本的特点，对社会的发展存在巨大效益。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，包括从木质素和木质素磺酸盐中选择至少一种溶解于水中使其充分溶胀，再分别加入粘结促进剂和稳定剂，搅拌均匀获得粘结剂。
2.根据权利要求1所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸钙、木质素磺酸铵、木质素磺酸钠和木质素磺酸镁。
3.根据权利要求1所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，将木质素或/和木质素磺酸盐溶解于温度为15℃～50℃的水中，搅拌后静置6～12h以使其充分溶胀。
4.根据权利要求3所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述木质素或/和木质素磺酸盐溶解于水中的浓度为5～20％。
5.根据权利要求1所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述粘结促进剂在粘结剂中的重量占比为4～15％。
6.根据权利要求1所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述粘结促进剂为糠醛抽出油。
7.根据权利要求1所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述稳定剂在粘结剂中的重量占比为0.1～4.0％。
8.根据权利要求1所述的炭吸附剂成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为碱金属醇盐和脂肪胺中的至少一种。
9.一种炭吸附剂成型用粘结剂，其特征在于，包括采用权利要求1-8任一所述制备方法制得的粘结剂。
10.一种炭吸附剂，包括采用权利要求9所述的粘结剂制得的炭吸附剂。
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