[发明专利]一种高吸附性活性半焦及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种高吸附性活性半焦及其制备方法和应用。

背景技术

目前，活性炭吸附法处理技术是目前城市污水和工业废水深度处理最有效的方法之一，被广泛地应用于水质净化过程。采用活性炭吸附工艺，出水能够达到标准，但是由于存在成本过高、不易再生等弊端，从而使其使用范围受到限制。

半焦是煤在较低的温度下( 600～700 ℃)热解的产物，其主要成分是碳，由于半焦尚未热解完全，内部含有较多的氢、氧官能团，有较丰富的孔隙及表面结构，故活化比较容易。目前，对于活性半焦的应用集中在烟气脱硫、含油废水以及有机气体吸附处理方面，采取的活化技术主要为高压水热法，水蒸气结合氧气活化法，硝酸活化以及碱活化法。总体来说所制备活性半焦根据制备条件的不同，其比表面积有明显差异，但总体不高。并且将活性半焦应用于废水处理并进行系统性的研究也比较鲜见。

半焦中的灰分影响其吸附性能，因此，通过浮选脱灰法、化学脱灰法对半焦进行脱灰处理，制备超纯半焦，可以提高半焦的吸附性能。另外，由于半焦内部的氧含量比较丰富，其极性官能团相对比较丰富，易于进行活化改性处理。半焦表面官能团主要是含氧官能团，主要以羧基、酚羟基、羰基、内酯基及环式过氧基等形式存在。一般来说，表面含氧官能团中酸性基团越丰富，炭质材料在吸附极性物质时效率越高。因此，通过对半焦进行活化，活性半焦比原料半焦具有更大的比表面积，并且在其表面存在丰富的官能团，吸附能力明显增强。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高吸附性活性半焦及其制备方法和应用。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种高吸附性活性半焦的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，原料半焦粉碎：将原料半焦粉碎至直径不大于0.5mm的半焦颗粒；

步骤二，脱灰处理：将步骤一得到的半焦颗粒用浮选法或/和化学法进行脱灰处理，得到超纯半焦；

步骤三，ZnCl₂活化：将步骤二得到的超纯半焦和ZnCl₂按质量比1∶2.0~3.5混合均匀，得到超纯半焦和ZnCl₂的混合物，然后将超纯半焦和ZnCl₂的混合物置于加热炉中，以100mL/min的流速通入氮气保护，然后以5~10℃/min的升温速率升温至活化温度700~800℃，在达活化温度后开始保温，同时向加热炉内以1~5.0kg/h的流量通入水蒸气，活化1.5~2.5h；

步骤四，得到超纯活性半焦：所述步骤三活化后，停止加热并停止通水蒸气，在温度降至室温后，即制得超纯活化半焦。

优选地，所述步骤三中超纯半焦和ZnCl₂的质量比为1：2.5，水蒸气流量为4.0kg/h，活化温度为750℃，活化时间2h。

优选地，所述步骤二中浮选法的具体过程为：

步骤1，将所述步骤一得到的半焦颗粒用水稀释，得到第一浆液；

步骤2，在所述第一浆液中加入表面活性剂，得到第二浆液；

步骤3，在所述第二浆液中加入捕收剂，得到第三浆液；

步骤4，在所述第三浆液中加入起泡剂，得到上层为布满半焦的气泡和下层为杂质的第四浆液；

步骤5，对所述第四浆液的布满半焦的气泡和杂质进行分离，将分离出的半焦再进行脱水、干燥，得到超纯半焦。

优选地，所述表面活性剂为曲拉通X-100；所述捕收剂为0^#柴油；所述起泡剂为仲辛醇。

优选地，所述浮选法是在浮选机转速1800r/min、充气量 0.21m³/h的条件下进行的。

优选地，所述步骤二中化学法的具体过程为：将所述步骤一得到的半焦颗粒用氢氧化钠浸泡，然后过滤，得到滤饼；在所述滤饼中加入酸溶液进行酸处理，然后经过滤、烘干，得到超纯半焦。

优选地，所述氢氧化钠浸泡的时间为20min，所述酸为氢氟酸，浓度为10%。

优选地，所述氢氧化钠浸泡的时间为30min，所述酸为盐酸，浓度为10%。

本发明还包括上述任一种方法制备的高吸附性活性半焦。

本发明还包括上述任一种方法制备的高吸附性活性半焦在废水处理中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过选取最优的活化条件对半焦进行活化，得到比表面积更高、吸附性更好的活性半焦。