[发明专利]一种成型活性炭的制备方法及成型活性炭

说明书

技术领域

本发明涉及成型活性炭，属于炭材料领域，尤其涉及一种成型活性炭的制备方法及成型活性炭，具体适用于降低成型活性炭的操作难度，提高成型活性炭的均匀度。

背景技术

活性炭是由类石墨微晶按“螺层形结构”排列而成的微晶碳和无定形碳组成的碳质吸附功能材料，性质稳定，具有优良的吸附性能，且耐酸碱性、耐热，不溶于水或者有机溶剂，被广泛应用于工业“三废”治理、食品工业、医药、催化剂载体、半导体应用、电能和高能量密度物质（如压实或液化氢气、天然气等）储存领域。

目前通过传统碳化、活化方法制备的活性炭大部分为粉末状，其存在使用时粉尘污染严重、再生和分离回收困难等缺点，限制了活性炭高新技术领域的应用。与之相比，成型活性炭结构紧密，形状易于调变，具备一定的强度，无粉尘污染且容易更换再生，更易于满足不同行业的多种用途。

目前，制备成型活性炭的方法主要是直接以粉末状活性炭为原料，添加一定量的粘结剂，然后在一定温度、压力下成型，以制得成型活性炭。这种方法制备的成型活性炭存在粘结剂量、成型压力难以控制，粘结剂较难在活性炭中分散均匀等问题，如：粘结剂量过大、成型压力大容易造成孔的过度堵塞，降低成型活性炭的比表面积，而粘结剂量过小、成型压力小，活性炭又难以成型。

申请号为01107768.9的中国专利申请公开了一种成型活性炭及其制造方法，其公开的成型活性炭的外表面有一层纤维网，活性炭被网在其中，在制造时，先将活性炭、蒸馏水和聚四氟乙烯乳液混合搅拌均匀，再在70–90℃下用炼胶机加压处理，去水后，即可成型。该专利申请存在粘结剂量、成型压力难以控制的缺陷，操作难度较高，而且活性炭分布的均匀度较低，体积比表面积较小，吸附能力不高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的操作难度较高、均匀度较低的缺陷与问题，提供一种操作难度较低、均匀度较高的成型活性炭的制备方法及成型活性炭。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种成型活性炭的制备方法，所述制备方法依次包括原料的混合工艺、活性炭的成型工艺，所述原料包括粉末状的活性炭、粘结剂与水；

所述活性炭的成型工艺依次包括模具灌装工艺与冷冻干燥工艺；所述制备方法依次包括以下工艺：

原料的混合工艺：先将粉末状的活性炭、粘结剂加入到水中以形成初始浆液，再将该初始浆液放入恒温水浴锅中加热，并对初始浆液进行搅拌，以使活性炭、粘结剂在水溶液中均匀分散，从而得到活性炭分散浆液；

模具灌装工艺：先将上述活性炭分散浆液向模具中注入，当活性炭分散浆液填充整个模具时，模具灌装工艺结束；

冷冻干燥工艺：先将上述模具及其所盛装的活性炭分散浆液一同置于冷冻室内冷冻以形成硬块体，然后升温并抽真空，以使硬块体中的水以升华的方式离开硬块体，从而获得所述的成型活性炭。

所述原料的混合工艺中：所述初始浆液中活性炭、粘结剂、水的质量比为：粘结剂占活性炭的1–100 wt.%，活性炭占水的5–30 wt.%。

所述原料的混合工艺中：在恒温水浴锅中加热时，加热温度为40–70℃。

所述原料的混合工艺中：先将粘结剂配制成粘结剂的水溶液，再将其与粉末状的活性炭一同加入到水中以形成初始浆液。

所述原料的混合工艺中：所述粘结剂为有机粘结剂或无机粘结剂，其中，有机粘结剂是羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇或酚醛树脂中的至少一种；无机粘结剂是蒙脱土、海泡石或硅溶胶中的至少一种。

所述活性炭分散浆液的粘度在2000mpa.s–30000 mpa.s之间。

所述冷冻干燥工艺中：所述冷冻室内的冷冻温度低于或等于零下20度。

一种上述成型活性炭的制备方法所制备的成型活性炭；所述成型活性炭由多个片状活性炭堆叠而成，每个片状活性炭由多个颗粒状活性碳粘接而成，相邻的片状活性炭之间形成有一号孔隙，相邻的一号孔隙之间连通，相邻的颗粒状活性炭之间形成有二号孔隙，相邻的二号孔隙之间连通，且一号孔隙大于二号孔隙。

所述一号孔隙的大小分布在50–200 um，所述二号空隙的大小分布在0.5–10 um。

所述成型活性炭的体积密度为0.05–0.6 g/cm³。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：