[发明专利]一种利用酚类废弃物制备高性能活性炭的方法

说明书

本发明涉及一种利用酚类废弃物制备高性能活性炭的方法，先使对羟基苯海因生产固体废渣与甲醛在不同条件下反应，形成热塑性的海因取代酚醛树脂和热固性的海因取代酚醛树脂，再将其混合磨粉，加热固化形成海因取代酚醛树脂基体。将海因取代酚醛树脂基体与化学活化剂混合磨粉，在高温炉加热升温过程中完成树脂的炭化，在降温过程中完成炭化物料的活化，分级浸渍分离化学活化剂后得到高性能活性炭。本发明不仅为低成本生产高性能活性炭开辟了新的原料来源渠道，而且实现了化工制药废物的综合利用。

技术领域

本发明涉及一种利用酚类废弃物制备高性能活性炭的方法，特别是利用对羟基苯海因生产废渣制备高性能活性炭的方法，属于化工和材料领域。

背景技术

活性炭作为一种廉价易得的环境友好型固体吸附剂，日常生产生活中广泛应用于吸附除去有害物质，在工业中常用于产品的脱色、脱臭、精制、催化剂和电子材料等方面。活性炭传统采用木材、植物、果壳、石油、煤等天然原料制造，产品中往往残留灰分杂质；随着科学技术的进步，对活性炭性能的要求越来越高，产品质量主要指标不仅要求比表面积和吸附容量大，而且要求灰分含量和表面结构等其它性能，以天然原料生产的活性炭的性能已不能完全满足需要。由于合成聚合物具有确定的大分子结构，制备的活性炭具有孔结构可控、性能稳定和杂质含量低的优点，以合成聚合物为前驱体制备活性炭工艺日益受到重视。人们环境保护意识增强和电池新能源产业的快速发展，推动了活性炭市场需求快速增长，中国年产活性炭已达60万吨以上，寻求廉价原料和废弃物生产活性炭将成为发展趋势。

活性炭生产工艺原理比较简单，就是把含碳材料在无氧或在惰性气体保护下加热到500-600℃下进行炭化，含碳材料中结合的氢、氧和氮等原子裂解，以小分子形式挥发，剩余部分主要是碳材料，碳化工艺的影响因素主要包括升温速度、最高温度和碳化保温时间，碳化过程的质量收率为50%-75%。经过简单炭化后的活性炭孔隙结构简单，比表面积为200-500m²/g，吸附容量较低，进一步活化拓宽孔道，可增大其比表面积为800-1200m²/g。活化方法分为物理活化法和化学活化法两类。物理活化法就是在750-900℃下控制通入水蒸气、二氧化碳或氧气，使碳材料表面的部分碳原子反应挥发，增大了碳材料的表面积。物理活化法所需温度比较高，活化反应比较剧烈，碳材料的损耗较大，工艺条件要求严格，适合大规模生产采用。化学活化法是将氯化锌、苛性碱或磷酸等活化剂与含碳材料混合，在无氧或惰性气体的保护下，在450-600℃下进行化学催化反应，使含碳材料含有的非碳原子和部分碳原子反应挥发，然后用水分级浸渍回收活化剂得到活性炭。化学活化所需温度比较低，生产操作比较稳定，活化与炭化过程可一步完成，但所需活化剂投料量大，活化剂回收过程比较麻烦，生产设备腐蚀严重，只适合中小规模生产采用。活化工艺的影响因素主要包括活化剂种类、活化剂用量、活化温度和活化时间，活化过程的质量收率为50%-75%。

含碳材料的种类和来源对活性炭的性能和收率影响很大，以合成聚合物材料为例，如果采用废塑料生产活性炭，废塑料中的无机填料和阻燃剂往往使活性炭的灰分含量过高；如果采用聚酯、脲醛树脂或环氧树脂生产活性炭，由于聚合物中存在大量C-O或C-N键，高温炭化过程中不稳定的化学键断裂，裂解为挥发性的小分子，炭化收率往往只有0.5%-10%，得到的活性炭结构不够紧密，机械强度也不好；如果采用酚醛树脂，聚合物主要是稳定的C-C键连接的，裂解形成的挥发性小分子比较少，炭化收率高达60%-75%，炭化后聚合物的碳骨架结构没有被破坏，活性炭机械强度比较高，所以，高性能活性炭一般选择酚醛树脂为原料制备。如果选择低挥发的取代苯酚作为酚醛树脂原料，用其制备的活性炭机械强度和再生性能将更佳，碳化收率也将更高。

申请人早期申请了一批利用化工制药酚类废弃物制备酚醛树脂、海因甲醛树脂和海因环氧树脂的方法的发明专利，专利公开后锂动力电池和超级电容器开发公司期望将这类树脂低成本深加工为无灰分高比表面积活性炭，因为市售同类产品均采用纯酚醛树脂为原料制备，导致电极材料的生产成本居高不下；专利公开后环保技术开发公司期望将这类树脂低成本深加工为废气和废水处理用可再生高强度活性炭，因为合成聚合物制备的活性炭具有更大的吸附容量和更好的再生性能。