專利名稱：：利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，特別涉及以等離子體裂解煤固體副產(chǎn)物為原料的活性炭制備方法。
背景技術(shù)：
：活性炭是一種多功能的工業(yè)吸附劑，由80%以上的固定碳，以及少量的氧、硫、氮、氫的非金屬元素及數(shù)量組成不同的金屬鹽類構(gòu)成，結(jié)構(gòu)以亂排的有機(jī)石墨狀二元結(jié)晶為主，存在大量無規(guī)則排列的螺層狀晶體結(jié)構(gòu)，使各微孔結(jié)構(gòu)之間形成了形狀不同、大小不等的眾多空隙，這種孔隙結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)秀的吸附功能。其已經(jīng)廣泛用于工業(yè)廢水、廢氣和空氣凈化裝置，在有機(jī)合成、食品和醫(yī)藥工業(yè)方面也有著重要的作用?；钚蕴慨a(chǎn)品主要分為煤質(zhì)活性炭和木質(zhì)活性炭，其中煤質(zhì)活性炭以各地出產(chǎn)的原煤為原料，包括煙煤、無煙煤、褐煤、泥煤等，此外還有石油焦、煤焦油、煤瀝青、石油殘渣等。而木質(zhì)活性炭多以椰殼、竹子等材料為原料生產(chǎn)。煤質(zhì)活性炭制備過程的一般流程為除灰、炭化、活化和洗滌。其中活化過程是增加原料孔道、提高吸附能力的關(guān)鍵步驟，目前的方法主要是物理活化法和化學(xué)活化法。物理活化法是將碳化材料在高溫下用水蒸氣、二氧化碳、空氣等處理，在內(nèi)部擴(kuò)孔，得到發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)。化學(xué)方法則是將含碳材料用化學(xué)藥品浸漬后在適當(dāng)?shù)臏囟认陆?jīng)過炭化、活化制取活性炭的方法。其關(guān)鍵點(diǎn)在于化學(xué)試劑的選擇，包括氫氧化鉀、磷酸等都是常用活化試劑。對不同原料，活化方法有所不同，對含碳、氫、氧含量及揮發(fā)分均較高的原料，如泥煤、褐煤、木材及椰殼等，多采用化學(xué)活化法，其本身揮發(fā)分離去所形成的微孔對化學(xué)試劑的吸收有利，因此能夠促進(jìn)活化，特別的，如果原料中氫、氧含量高，則多采用磷酸法，因磷酸的脫水效應(yīng)可以有效的除去原料中的氫氧元素，形成孔道；若原料本身性能出眾，揮發(fā)分多，則應(yīng)采用堿法，制備高品質(zhì)的超級活性炭、特種活性炭。而對碳?xì)溲鹾肯鄬^低，雜質(zhì)元素較多的原料，則多采用物理活化法，通過反應(yīng)燒蝕一部分炭，從而造出孔道，此時制得的中孔較多，吸附效果不如前者。煤粉經(jīng)過等離子體裂解后產(chǎn)生含乙炔的氣體混合物。這是一種新型的煤加工工藝，因其具有節(jié)能、環(huán)保和節(jié)約資源等特點(diǎn)，近年來受到高度重視。由于裂解過程屬于超短接觸反應(yīng)，煤粉不能反應(yīng)完全，同時由于存在結(jié)焦現(xiàn)象，因此裂解產(chǎn)物包括氣液固三相，經(jīng)淬冷后，固相部分就沉積下來，稱為固體產(chǎn)物(即煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物)。固體產(chǎn)物中包括未分解完全的煤粉、裂解后產(chǎn)生的碳黑類物質(zhì)及無機(jī)物，其特點(diǎn)在于固體產(chǎn)物的粒徑小(平均4050iim，95%以上的顆粒的粒徑在150ym以下)，比表面積比原煤略大(約12m7g)。目前，此固體產(chǎn)物主要用于燃料，為鍋爐等提供熱能。到目前為止，以等離子體裂解煤后的固體產(chǎn)物為原料制備活性炭的方法尚未見文獻(xiàn)報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，采用該方法制備而得的活性炭具有吸附效率高、脫色性能好、各項指標(biāo)符合國標(biāo)規(guī)定等特點(diǎn)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，包括以下步驟1)、將煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理，得干燥固體產(chǎn)物，作為含碳原料；2)、將質(zhì)量濃度為96%98%的濃硫酸和質(zhì)量濃度為75%85%的磷酸溶液按照020mL:80mL的體積比混合，得混酸溶液；然后將上述含碳原料放入混酸溶液中浸漬，含碳原料的質(zhì)量與混酸溶液體積之比為40100g:100mL;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣在惰性氣體的保護(hù)下于200450°C的溫度下灼燒活化0.52h，得粗品；4)、將粗品經(jīng)洗滌、烘干，得活性炭。作為本發(fā)明的利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法的改進(jìn)，所述浸漬時間為612小時。作為本發(fā)明的利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟1)的干燥處理為將固體產(chǎn)物于80105t:烘干12h。在本發(fā)明中，步驟2)可單獨(dú)采用質(zhì)量濃度為75%85%的磷酸溶液作為活化劑，也可采用質(zhì)量濃度為96%98%的濃硫酸和質(zhì)量濃度為75%85%的磷酸溶液按照特定比例混合后形成的混酸溶液作為活化劑。步驟3)進(jìn)行過濾，所得濾液濃縮后可反復(fù)回用。步驟4)用粗品質(zhì)量24倍的水洗滌，然后在80105t:下烘干。本發(fā)明人在發(fā)明過程中獲知，由于煤粉在等離子體裂解前就經(jīng)過了嚴(yán)格的除硫除塵等工藝，因此所得的固體產(chǎn)物雜質(zhì)含量低，碳?xì)溲鹾亢芨?，?jīng)測試，該固體產(chǎn)物的含碳量高達(dá)90-95%，灰分約在7-8%，而干燥無灰基揮發(fā)分則達(dá)到了30.3%;上述％均為質(zhì)量百分比。而通常情況下，活性炭成品的原料灰分要求在10%以下，對比數(shù)據(jù)可見，固體產(chǎn)物的灰分含量能夠滿足要求，同時其揮發(fā)分含量很高，在制備過程中容易離去，能產(chǎn)生大量孔道，對提高活化能力十分有利；該固體產(chǎn)物符合制備活性炭的要求，其C、H、0三元素相對含量與一般常用原煤經(jīng)過炭化后的產(chǎn)物含量接近；因此，以此固體產(chǎn)物為原料，只需一步活化即可制備活性炭。采用本發(fā)明的方法制備活性炭，具有工藝簡單、收率高的特點(diǎn)，收率能達(dá)到52%以上；所得的活性炭孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大，因此具有脫色能力強(qiáng)、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，具體參數(shù)見表l所示。表l本發(fā)明制備活性炭的主要指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表中指標(biāo)可以看出，本發(fā)明所得的活性炭產(chǎn)品性能好，對煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物的利用非常充分，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，依次進(jìn)行以下步驟1)、將煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理將100g固體產(chǎn)物置于馬弗爐中，升溫至8(TC，保溫干燥2h，得70g干燥固體產(chǎn)物作為含碳原料；2)、將50g含碳原料放入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%的磷酸溶液內(nèi)混合均勻，浸漬12h;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內(nèi)放入馬弗爐中，向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，然后升溫至30(TC進(jìn)行灼燒活化，活化時間為lh;得粗品；4)、將粗品經(jīng)水洗兩次(100mLX2)后、烘干(在IO(TC下烘干3h)，得活性炭28.7g。得率57.4%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍(lán)吸附值(mg/g):150160碘吸附值(mg/g):750800比表面積(m7g):1000。實(shí)施例2、一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，將實(shí)施例1步驟3)中的活化溫度改為40(TC，其余同實(shí)施例1。得活性炭26.35g。得率52.7%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍(lán)吸附值(mg/g):170180碘吸附值(mg/g):9501000比表面積(m7g):1150。實(shí)施例3、一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，將實(shí)施例1步驟2)中的浸漬時間改為8h，將步驟3)中的活化時間改為2h，其余同實(shí)施例l。得活性炭26.65g。得率53.3%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍(lán)吸附值(mg/g):165175碘吸附值(mg/g):900950比表面積(m7g):1110。實(shí)施例4、一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，依次進(jìn)行以下步1)、將煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理將lOOg固體產(chǎn)物置于馬弗爐中，升溫至105t:，保溫干燥lh，得68.5g干燥固體產(chǎn)物作為含碳原料；2)、將10mL質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸和40mL質(zhì)量濃度為80%的磷酸混合，得混酸溶液；然后將40g含碳原料放入上述混酸溶液中浸漬12h，3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內(nèi)放入馬弗爐中，向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，然后升溫至30(TC進(jìn)行灼燒活化，活化時間為lh;得粗品；4)、將粗品經(jīng)水洗兩次(100mLX2)后、烘干，得活性炭25.68g。得率64.2%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍(lán)吸附值(mg/g):155160碘吸附值(mg/g):800850比表面積(m7g):770。實(shí)施例5、一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，依次進(jìn)行以下步驟1)、將煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理將100g固體產(chǎn)物置于馬弗爐中，升溫至95"，保溫干燥1.5h，得68.5g干燥固體產(chǎn)物作為含碳原料；2)、將5mL質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸和40mL質(zhì)量濃度為80%的磷酸混合，得混酸溶液；然后將18g含碳原料放入上述混酸溶液中浸漬6h;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內(nèi)放入馬弗爐中，向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，然后升溫至20(TC進(jìn)行灼燒活化，活化時間為2h;得粗品；4)、將粗品經(jīng)水洗兩次(100mLX2)后、烘干，得活性炭10.98g。得率61%，其主要參數(shù)為亞甲基藍(lán)吸附值(mg/g):160165碘吸附值(mg/g):830860比表面積(m7g):750。實(shí)施例6、一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，依次進(jìn)行以下步驟1)、將煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理將100g固體產(chǎn)物置于馬弗爐中，升溫至8(TC，保溫干燥2h，得70g干燥固體產(chǎn)物作為含碳原料；2)、將0.5mL質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸和40mL質(zhì)量濃度為80%的磷酸溶液混合，得混酸溶液；然后將40.5g含碳原料放入上述混酸溶液中浸漬8h;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內(nèi)放入馬弗爐中，向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，然后升溫至45(TC進(jìn)行灼燒活化，活化時間為0.5h;得粗品；4)、將粗品經(jīng)水洗兩次(100mLX2)后、烘干，得活性炭22.59g。得率55.1%。其主要參數(shù)為亞甲基藍(lán)吸附值(mg/g):145150碘吸附值(mg/g):720760比表面積(m2/g):900。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，其特征是包括以下步驟1)、將煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理，得干燥固體產(chǎn)物，作為含碳原料；2)、將質(zhì)量濃度為96％～98％的濃硫酸和質(zhì)量濃度為75％～85％的磷酸溶液按照0～20mL∶80mL的體積比混合，得混酸溶液；然后將上述含碳原料放入混酸溶液中浸漬，含碳原料的質(zhì)量與混酸溶液體積之比為40～100g∶100mL；3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣在惰性氣體的保護(hù)下于200～450℃的溫度下灼燒活化0.5～2h，得粗品；4)、將粗品經(jīng)洗滌、烘干，得活性炭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，其特征是所述浸漬時間為612小時。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，其特征是所述步驟1)的干燥處理為將固體產(chǎn)物于80105t:烘干12h。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用等離子體裂解煤固體產(chǎn)物制備活性炭的方法，包括以下步驟1)將煤粉經(jīng)過等離子體裂解后所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理，得干燥固體產(chǎn)物，作為含碳原料；2)將質(zhì)量濃度為96％～98％的濃硫酸和質(zhì)量濃度為75％～85％的磷酸溶液按照0～20mL∶80mL的體積比混合，得混酸溶液；然后將上述含碳原料放入混酸溶液中浸漬；3)將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣在惰性氣體的保護(hù)下灼燒活化，得粗品；4)將粗品經(jīng)洗滌、烘干，得活性炭。采用該方法制備而得的活性炭具有吸附效率高、脫色性能好、各項指標(biāo)符合國標(biāo)規(guī)定等特點(diǎn)。文檔編號C01B31/00GK101723364SQ201010100030公開日2010年6月9日申請日期2010年1月22日優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日發(fā)明者任其龍,何潮洪,吳忠標(biāo),張濤,榮岡,錢超,陳豐秋,陳新志申請人:浙江大學(xué)