[发明专利]一种由煤与煤焦油制备蜂窝状活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由煤与煤焦油制备蜂窝状活性炭的简易方法，具体地说采用煤焦油兼作为低温和高温粘结剂的制备方法。

背景技术

蜂窝状活性炭是一种新型的活性炭，它不仅具有活性炭原有的优点(孔隙发达、比表面积大)，而且由于其独特的蜂窝结构，具有床层阻力小、几何表面积大、气体扩散路程短、抗粉尘能力强等优点。基于上述优点，蜂窝状活性炭可用于废水处理、气体净化和存储、催化剂载体等，其制备及应用已引起国内外研发人员的广泛关注。

目前报道的蜂窝状活性炭制备技术主要有涂炭法和成型法。涂炭法以蜂窝陶瓷或蜂窝纸质为基体，通过浸涂含炭材料、干燥、固化、炭化和活化而制得。文献报道的含炭材料有炭粉[U.S.Pat.No.4,992,319]、酚醛树脂[U.S.Pat.No.3,825,460]、糠醇树脂[Carbon，2002，40：1891-1902]等。涂炭制得的蜂窝活性炭强度高、耐久性好，但由于基体的存在，导致含炭量低、比表面积小、孔数量和结构受限。此外，涂炭法需预先制得基体，导致工艺复杂。

成型法是将炭粉或含炭有机物、粘结剂和无机添加物混合后通过模具挤出成型，然后干燥、固化、炭化、活化制得蜂窝活性炭。U.S.Pat.No.4,399,052报道了采用酚醛树脂粉、炭粉为活性炭前驱体，羧甲基纤维素和酚醛树脂为粘结剂，碳化硅/碳化钛为增强剂，通过混合、挤出成型制得蜂窝炭的方法；U.S.Pat.No.5,356,852报道了采用活性炭粉与羧丙基甲基纤维素、聚乙烯醇等为原料的挤出成型法；U.S.Pat.No.6,171,373B1报道了一种利用活性炭与无机粘结剂(粘土、高岭土、霞石以及硅酸钠)混合挤出制备蜂窝状活性炭的方法；相关国际专利还有U.S.Pat.No.6,699,561B2和E.P.Pat.No.728,521B1。以上专利所述的挤出成型法均采用活性炭粉为前驱体，需预先将煤粉炭化和活化，挤出成型后再次高温处理，导致制备工艺繁琐、能量消耗高。ZL200410092429.4提出一种由煤直接制备蜂窝状活性炭的方法，按质量比煤粉∶乳化煤焦油(高温粘结剂)∶水∶水溶性粘结剂(低温粘结剂)∶润滑剂＝34-57∶30-36∶6-29∶3-5∶2-3制成可塑性煤泥，然后通过真空挤出成型、干燥、炭化、活化制备蜂窝状活性炭。该方法大大简化了蜂窝炭的制备工艺，但仍需高、低温粘结剂，且煤焦油需乳化处理。

本发明仅以煤和煤焦油为原料，采用真空挤出成型工艺制备蜂窝状活性炭，原料简单、生产成本低，所制备的蜂窝状活性炭比表面积大、机械强度高。

发明内容

本发明旨在提供一种由煤和煤焦油制备蜂窝状活性炭的简易方法。

本发明的蜂窝状活性炭制备方法包括原料粉碎、配料、真空练泥、密封陈化、真空挤出成型、干燥、炭化、活化。具体条件如下：

(1)  煤粉配制：单一无烟煤或混合无烟煤研磨，全部过100目标准筛；

(2)煤泥加工：按质量比为煤粉∶煤焦油＝400∶150-250，将其混合搅拌；

(3)练泥：煤泥经过真空练泥机或挤出成型机处理，使煤泥混合均匀；

(4)陈化：将经过混练后的煤泥密封室温陈化12-24小时；

(5)挤出成型：陈化后的煤泥加入装有蜂窝钢模具的挤出成型机中，进行真空挤出成型，得到湿蜂窝体；

(6)干燥：湿蜂窝体在微波炉中干燥至无焦油蒸汽和水汽逸出；

(7)炭化及活化：以惰性气体为保护气，按升温速率3℃-5℃/min加热到700℃-800℃，并在此温度下停留1-2小时，然后再按升温速率5℃-10℃/min升温到700℃-900℃，水蒸汽活化1-3小时或CO₂活化1-5小时，得到蜂窝状活性炭。

如上所述的蜂窝钢模具为50-200孔/平方英寸；

如上所述的挤出成型压力为12-16Mpa。

本发明与已有技术相比有以下优点：

(1)仅以煤和煤焦油为原料，原料简单、成本低廉；

(2)所制备的蜂窝状活性炭孔隙发达、比表面积大、机械强度高，适于废水和废气处理、用于催化剂载体等。

本发明所用的煤种为无烟煤，其碳含量不低于90％，挥发份含量不高于10％；所用粘结剂为煤焦油，重质组分含量低，流动性好，因此使用过程中无需乳化；湿蜂窝体采用微波干燥，避免了在自然干燥条件下出现的变形、开裂等现象。

具体实施方式

实施例1：