專利名稱：由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種材料技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是一種由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法。
背景技術(shù)：
粉末活性炭，由于其性能上的一些缺陷，其使用受到許多局限。而成型活性炭，具有較大的尺寸和一定的形狀，有較高的堆密度與強度，同時依然具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和比表面積。與粉末活性炭相比，成型活性炭因為其粘結(jié)成型工藝，可能導(dǎo)致其相同質(zhì)量下比表面積會有一定的損失，即單位質(zhì)量吸附量低于粉末活性炭，然而由于其密度大幅度提高，因此單位體積吸附量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粉末活性炭。在儲藏運輸過程中，密度大體積吸附量高的成型活性炭更加具有優(yōu)勢。另外，成型活性炭所具備的強度和可加工性，更有利于滿足不同行業(yè)的多種用途。
近些年來，國內(nèi)外許多人采用各種方法進行制備成型活性炭的研究。目前的制備方法大致可以分為三類第一類是直接將具有設(shè)定形狀和尺寸的木材等天然植物碳化活化得到成型活性炭；第二類是用粘結(jié)劑將碳質(zhì)前驅(qū)體原料粘結(jié)成型，然后碳化活化；第三類是采用粘結(jié)劑將粉體活性炭或活性碳纖維粘結(jié)成型，然后碳化活化或者直接得到成型活性炭。其中應(yīng)用較多的是第二類和第三類，其中的關(guān)鍵是所采用的粘結(jié)劑。廣義地理解，起到成型作用的組份材料就是粘結(jié)劑。目前得到報導(dǎo)的粘結(jié)劑有很多種類，主要包括熱固性樹脂如酚醛樹脂，天然高分子及其衍生物如羧甲基纖維素、木質(zhì)素衍生物，以及石油、煤衍生的瀝青和煤焦油等物質(zhì)。由于粘結(jié)劑的使用在大多數(shù)情況下會降低塊狀活性炭的比表面積，但賦予塊狀成型活性炭形狀和強度，同時粘結(jié)劑也對成型活性炭的制備工藝參數(shù)和價格有重大影響。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，刊登于科學(xué)期刊《Carbon》(碳)，n4，2002，P2817-2825上的文章“Activated carbon monoliths for methane storageinfluence of binder”(用于儲存甲烷的成型活性炭粘結(jié)劑的影響效果)，該文中介紹到目前制備成型活性炭的技術(shù)主要采用將活性炭粉體與粘結(jié)劑混合后模壓，然后再熱解處理的工藝流程，并在正文中采用了同樣的制備工藝，比較了不同的粘結(jié)劑對成型活性炭性能的影響。所采用的粘結(jié)劑有腐殖酸鈉鹽、聚乙烯醇、線性酚醛樹脂、聚四氟乙烯乳液、纖維素基粘結(jié)劑。粘結(jié)劑的種類和用量對產(chǎn)物的孔結(jié)構(gòu)有重大影響。如果要得到具有高比表面積的成型活性炭，需要盡量降低粘結(jié)劑用量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對背景技術(shù)中的問題，提供一種由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法，使其利用生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的優(yōu)良自粘結(jié)性和碳化特性，得到綜合性能優(yōu)良的成型活性炭，與傳統(tǒng)的成型活性炭制備方法相比，本發(fā)明采用的原料特殊，不添加額外的粘結(jié)劑，成型工藝簡單，綜合性能優(yōu)良。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明將生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體與木質(zhì)纖維素物質(zhì)或者粉狀活性炭相互混合均勻，然后根據(jù)需要采用合適的模具將混合粉體模壓成型得到設(shè)計形狀的成型前驅(qū)體，進一步將該成型前驅(qū)體在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化，得到設(shè)定形狀和尺寸的成型活性炭。
所述的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相，其狀態(tài)為粉體，尺寸范圍為3微米-1厘米。
所述的木質(zhì)纖維素物質(zhì)，其種類不受限制，包括木材、秸稈、蘋果渣、糠、面粉等各種物質(zhì)。其形態(tài)為粉體，尺寸范圍為5微米-1厘米。
所述的粉狀活性炭，其尺寸范圍為5微米-1厘米。
所述的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體與木質(zhì)纖維素物質(zhì)或者粉狀活性炭相互混合，重量比例范圍為10∶1至1∶5。
所述的成型活性炭，采用的碳化溫度范圍為600-900度，在碳化溫度下保持時間為30分鐘-9小時。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，與傳統(tǒng)的成型活性炭的制造方法和性能相比，本發(fā)明采用的原材料是生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相，是一種新的成型活性炭制備原材料，其性能優(yōu)良，同時具有自粘結(jié)性和自燒結(jié)性；制備工藝非常簡單，只包括原料混合、成型和碳化三個步驟，無需活化；可以制備得到小尺寸到大尺寸較大尺寸范圍的成型活性炭。本發(fā)明是對生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的一種應(yīng)用，提供了一種成型活性炭的新型制備技術(shù)。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容進一步提供以下實施例實施例一將尺寸為3-20微米的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體10克與尺寸為5-20微米的玉米秸稈粉體1克相互拌合均勻，然后用圓模模壓成型得到圓柱狀前驅(qū)體塊體，圓柱塊的直徑為3厘米，高度為2.5厘米。將圓柱狀前驅(qū)體塊在真空碳化爐中于600度碳化2小時，得到直徑為2厘米，高度為1.5厘米的圓柱形成型活性炭，其抗壓強度達(dá)到6.1MPa，比表面積達(dá)到350平方米/克。
實施例二將尺寸為0.1-1厘米的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體50克與尺寸為0.1-1厘米的木屑粉體25克混合后球磨4小時，然后用方形模具模壓成型得到長方形前驅(qū)體塊體，長方形塊體的長、寬、高分別為10厘米、8厘米和1.5厘米。將長方體前驅(qū)體塊在氮氣保護高溫爐中于900度碳化4小時，得到長、寬、高分別為6.5厘米、5.2厘米和1.2厘米的長方體成型活性炭，其抗壓強度達(dá)到13MPa，比表面積達(dá)到550平方米/克。
實施例三將尺寸為50-200微米的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體20克與尺寸為20-100微米的蘋果渣粉體100克混合后球磨2小時，然后用正方形模具模壓成型得到正方形前驅(qū)體塊體，正方形塊體的長、寬、高分別為10厘米、10厘米和2厘米。將正方體前驅(qū)體塊在氨分解爐中于800度碳化6小時，得到長、寬、高分別為6.5厘米、6.4厘米和1.5厘米的正方型成型活性炭，其抗壓強度達(dá)到9MPa，比表面積達(dá)到820平方米/克。
實施例四將尺寸為100-200微米的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體30克與尺寸為5-20微米的活性炭粉體30克混合后球磨2小時，然后用圓柱形模具模壓成型得到圓柱形前驅(qū)體塊體，該塊體的直徑為10厘米，高度為1.5厘米。將圓柱形前驅(qū)體塊在真空爐中于700度碳化4小時，得到直徑為6厘米，高度為1厘米的圓盤狀成型活性炭，其抗壓強度達(dá)到12MPa，比表面積達(dá)到940平方米/克。
實施例五將尺寸為20-100微米的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體1000克與尺寸為0.2-1.0厘米的活性炭粉體300克混合后球磨3小時，然后用圓柱形模具模壓成型得到圓柱形前驅(qū)體塊體，該塊體的直徑為40厘米，高度為30厘米。將圓柱形前驅(qū)體塊在真空爐中于800度碳化9小時，得到直徑為25厘米，高度為20厘米的圓柱體狀成型活性炭，其抗壓強度達(dá)到18MPa，比表面積達(dá)到550平方米/克。
實施例六將尺寸為20-100微米的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體50克與尺寸為100-200微米的活性炭粉體25克拌合混合均勻，然后用圓柱形模具模壓成型得到圓柱形前驅(qū)體塊體，該塊體的直徑為8厘米，高度為5厘米。將圓柱形前驅(qū)體塊在真空爐中于700度碳化2小時，得到直徑為4.6厘米，高度為12.2厘米的圓柱體狀成型活性炭，其抗壓強度達(dá)到13MPa，比表面積達(dá)到760平方米/克。
實施例七將尺寸為20-100微米的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體20克與尺寸為150-200微米的活性炭粉體20克拌合混合均勻，然后用正方形模具模壓成型得到正方形前驅(qū)體塊體，該塊體的長、寬、高分別為8厘米、8厘米、2厘米。將正方形前驅(qū)體塊在氬氣氣氛保護的熱處理爐中于800度碳化2小時，得到長、寬、高分別為4.5厘米、4.5厘米、1.3厘米的正方形成型活性炭，其抗壓強度達(dá)到8MPa，比表面積達(dá)到585平方米/克。
權(quán)利要求
1.一種由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法，其特征在于，將生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體與木質(zhì)纖維素物質(zhì)或者粉狀活性炭相互混合均勻，然后采用模具將混合粉體模壓成型得到設(shè)計形狀的成型前驅(qū)體，進一步將該成型前驅(qū)體在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化，得到設(shè)定形狀和尺寸的成型活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法，其特征是，所述的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體，尺寸范圍為3微米-1厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法，其特征是，所述的木質(zhì)纖維素物質(zhì)，其形態(tài)為粉體，尺寸范圍為5微米-1厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法，其特征是，所述的粉狀活性炭，其尺寸范圍為5微米-1厘米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法，其特征是，所述的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體，其與木質(zhì)纖維素物質(zhì)或者粉狀活性炭相互混合，重量比例范圍為10∶1至1∶5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法，其特征是，所述的成型活性炭，采用的碳化溫度范圍為600-900度，在碳化溫度下保持時間為30分鐘-9小時。
全文摘要
一種材料技術(shù)領(lǐng)域的由生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相制備成型活性炭的方法。本發(fā)明將生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相粉體與木質(zhì)纖維素物質(zhì)的粉體或者粉狀活性炭相互混合均勻，然后采用模具將混合粉體模壓成型得到設(shè)計形狀的成型前驅(qū)體，進一步將該成型前驅(qū)體在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化，得到設(shè)定形狀和尺寸的成型活性炭。本發(fā)明采用的原材料是生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相，是一種新的成型活性炭制備原材料，其性能優(yōu)良，同時具有自粘結(jié)性和自燒結(jié)性；制備工藝非常簡單，可以制備得到小尺寸到大尺寸較大尺寸范圍的成型活性炭。
文檔編號C01B31/14GK1792785SQ20051011222
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者趙斌元, 甘琦, 張荻, 胡克鰲 申請人:上海交通大學(xué)