[发明专利]一种碱活化制造活性炭的碱金属连续处理方法和处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及碱活化制造活性炭的碱金属连续处理方法和处理装置。

背景技术

高比表面积活性炭拥有极其发达的细孔结构，作为吸附剂在各种领域被广泛地应用。另外，在固体触媒、触媒载体等方面的应用也极具前景。近年来，高比表面积、高纯度的活性炭作为双电层电容(EDLC)及燃料电池的电极材料倍受注目。活性炭制造时的活化方式一般分为气体活化和药品活化，气体活化是采用二氧化碳、水蒸气等气体来进行的；药品活化是通过氯化锌、磷酸、碱金属氢氧化物(KOH、NaOH等)等化学药品来活化的。而其中KOH的活化效果最好，不但所得的活性炭比表面积高、细孔分布合理，而且活性炭的收率也高，制备的碱活化活性炭是目前最适合的超级电容器等的关键电极材料。但是，碱活化技术应用于活性炭的产业化连续制造还是有困难的。因为KOH经活化后一部分以碳酸钾等化合物的形式残留在产物中，另一部分以金属钾蒸气的形式随热气流离开反应炉(容器)。由于碱金属的凝固点高，碱金属蒸气在遇冷时易凝固，在排气管内壁析出并成长为碱金属结晶体，在遇到空气、水分时会激烈反应，可能会伴随着燃烧、爆炸的危险发生。这种生产安全隐患的存在，导致该活性炭的产业化无法实现，目前只能停留在实验室研究和少量的样品制备阶段。

因此，在利用KOH等进行碱活化大量生产活性炭时，应该注意碱金属引起的危险，要及时对产生的钾进行处理。目前，在不连续碱金属活化制造活性炭工艺上采用了一些碱金属处理方法，如在活化容器上加盖减少气体排放面和排放量，在气体排放孔(或缝隙)上设置木炭、竹炭、活性炭等多孔质材料，其原理是利用吸附来吸收碱金属、以及这些炭材料在高温下被氧化产生的二氧化碳等与碱金属反应形成碱金属的碳酸盐来达到处理目的。这种方法虽然可以处理部分碱金属减少安全隐患，但存在许多问题，如①无法完全处理碱金属，安全隐患依然存在；②使用多孔质材料增加成本；③产生的气体无法通畅排出活化容器，内部压力增大使活化反应受影响，活化效率降低；④增加碱的使用量，提高成本的同时也给之后的洗涤、排水处理增加困难；⑤该方法只能适合于间歇式生产，不能用于连续生产，操作困难、生产性低，而且能源浪费大。还有如发明专利：申请号200610034388.2、200610123444.X中提到利用煤油保存金属钾，但没有提到具体的回收方案和措施。该方法为一般的常识，在产业化生产碱活化的活性炭中的具体应用是困难的，如排气管中的金属钾如何处理、高温下煤油的安全措施等。另外发明专利：申请号200710022323.0中提到一种缓和反应过程中生成的金属钾危害的方法，即在活化炉中导入一定量的水蒸气或甲醇或乙醇，与金属钾反应生成KOH或醇钾，减少金属钾的排除，达到降低安全隐患的目的。但该方法只能减轻安全隐患，并不能完全解决安全问题。另外，在碱活化中添加这些在高温下氧化性极强的物质，不但在高温下产生大量的氢气而带来新的安全隐患，而且减少活性炭的收率和活化效果，还会影响活性炭的细孔等品质。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种碱活化制造活性炭的碱金属连续处理方法，在无需封闭排气孔、在活化炉内不要添加水蒸气等氧化物的情况下，能够连续处理活化时产生的碱金属。为此，本发明采用以下技术方案：它包括以下步骤：

1).将碱活化制造活性炭产生的废气通过排气管排入氧化塔内，对排气管进行加热和保温，排气管内的温度保持在碱金属的沸点以上，

2).将经过步骤1)排出的气体在氧化塔内利用空气将碱金属氧化成碱金属氧化物，并在气流中被冷却，

3).将经过步骤2)冷却后的碱金属氧化物粉体在气流的带动进入回收室，在回收室利用水喷淋溶解进行洗涤回收。

由于采用本发明的技术方案，本发明能够连续处理碱活化制造活性炭产生的废气，彻底解决了碱金属的安全问题，使碱活化制造高比表面积活性炭的产业化连续生产变为可能。并且，活化气体中的有害有机物成分能在处理过程中被燃烧去除、喷淋吸收，处理后的碱金属能被回收利用。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种能应用上述方法的一种碱活化制造活性炭的碱金属连续处理装置。为此，本发明采用以下技术方案：它包括氧化塔、回收室，所述氧化塔的上部与碱活化制造活性炭的容器的排气口通过第一连接管道相连，所述氧化塔的下部与回收室的下部通过第二连接管道相连；回收室的上部设有排气口及排风装置，回收室内设有喷淋装置，第一连接管道外设有加热装置和保温机构(如图1所示)。

由于采用本发明的技术方案，本发明具有以下技术效果