以弱粘結(jié)性煤為主料配煤制備的壓塊活性炭及制法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及活性炭技術(shù)領(lǐng)域，尤其是壓塊活性炭技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及以弱粘結(jié)性 煤為主料配煤制備的壓塊活性炭及制法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 活性炭是一種具有尚度發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)和極大內(nèi)表面積的人工炭材料制品，其最 顯著的特征是吸附作用，可以從氣相或液相中吸附各種物質(zhì)。通常，活性炭的孔容積可達 0. 2~I. 0cm3/g，比表面積可達400~1000m2/g。
[0003] 活性炭與硅膠、分子篩和氧化鋁凝膠等其他一些多孔性吸附劑在性質(zhì)上有明顯的 不同，主要表現(xiàn)為：1)表面是非極性的，吸附主要是色散力起作用；2)含有三種類型的孔： 大孔（孔徑> 50nm)、過渡孔（或中孔，孔徑為2-50nm)和微孔（孔徑< 2nm)，孔隙容積隨 有效半徑成多峰分布；在吸附具有不同分子尺寸的物質(zhì)時，利用的活性炭的孔徑范圍不同。 研究表明：對吸附劑利用率最高的孔徑與吸附質(zhì)分子直徑的比值是1. 7~3. 0。
[0004] 隨著活性炭應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，活性炭能吸附的對象（吸附質(zhì)）的種類越來越 多，對活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的要求也呈現(xiàn)出越來越多樣化的趨勢。總體來說，氣相吸附應(yīng)以微孔 結(jié)構(gòu)為主、孔徑分布集中；用于水處理、食品脫色、催化劑載體、溶劑回收等領(lǐng)域時，要求活 性炭含有較多的中孔，以保證盡快達到吸附平衡。因此，不同應(yīng)用途徑對活性炭孔結(jié)構(gòu)的要 求不同，具有不同孔結(jié)構(gòu)的活性炭應(yīng)途徑而異。針對具體應(yīng)用需求制備出具有特定孔結(jié)構(gòu) 的活性炭的定向制備技術(shù)稱為活性炭生成領(lǐng)域技術(shù)競爭的關(guān)鍵。另一方面，活性炭用量的 增大，使得活性炭制備工藝也在不斷發(fā)展。煤基顆?；钚蕴堪粗苽涔に嚨牟煌煞譃樵?破碎活性炭、柱狀活性炭和壓塊活性炭。壓塊活性炭具有機械性能良好、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、孔 結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)途徑多等優(yōu)點，適用于多膛爐進行大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005] 因此，基于壓塊活性炭制備工藝，采用適宜的孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)技術(shù)，定向制備出具有特 定孔結(jié)構(gòu)的活性炭，對提高活性炭的應(yīng)用價值，具有重要的意義。
[0006] 目前，通用的壓塊活性炭的制備工藝路線圖如圖1所示，步驟為：將原料煤破碎粉 磨至95%過200目的標(biāo)準(zhǔn)篩（d = 0.075mm)，形成煤粉，根據(jù)原料煤性質(zhì)的不同，摻入少量 粘結(jié)劑并混合均勻（或者不摻入粘結(jié)劑），在較高的成型壓力下進行壓塊，形成餅狀、卵狀 料塊等成型料。料塊破碎篩分至合適的粒度后，得到煤基顆粒料，經(jīng)炭化過程得到炭化料， 再經(jīng)過活化過程得到煤基顆?；钚蕴?。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：目前，壓塊活性炭的制備工藝存在以下缺點：
[0008] (1)并非所有煤種都適用于壓塊活性炭的制備，非粘結(jié)性煤種可制得不同孔徑分 布的活性炭，但非粘結(jié)性煤種制備的壓塊活性炭強度不足，即使將非粘結(jié)性煤種與粘結(jié)性 煤配煤，與單純的粘結(jié)性煤制備的壓塊活性炭相比，強度也大大降低。
[0009] (2)傳統(tǒng)壓塊活性炭制備過程中粘結(jié)劑的使用不利于活性炭孔結(jié)構(gòu)的發(fā)育和調(diào) 節(jié)，同時增加活性炭的成本；
[0010] (3)壓塊工藝與孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)未能有機結(jié)合，即傳統(tǒng)壓塊活性炭不能明顯地改 變、調(diào)節(jié)中孔或微孔發(fā)育程度，限制了壓塊活性炭的應(yīng)用；
[0011] ⑷從目前研究結(jié)果可知，弱粘結(jié)性煤中，大同煤是制備壓塊活性炭的理想原料， 原因：1)大同煤具備一定的粘結(jié)性，制備的壓塊活性炭強度較好；2)大同煤壓塊制得的炭 化料具有較高的反應(yīng)活性；3)大同煤制備的壓塊活性炭中孔和微孔均勻發(fā)育，適宜水處理 應(yīng)用。但是，隨著煤炭高強度開采，大同煤儲量下降很快，亟待開發(fā)其他煤種或利用配煤技 術(shù)制備理想的壓塊活性炭。
[0012] 本發(fā)明的目的是提供一種以弱粘結(jié)性煤為原料制備具有較好的強度和不同孔結(jié) 構(gòu)特征的壓塊活性炭的制備工藝。本專利發(fā)明的壓塊活性炭制備工藝以較低的原材料費用 和簡單的工序在一定程度上實現(xiàn)活性炭的定向制備。
[0013] 活性炭應(yīng)用過程中，不同的用途和環(huán)境下，吸附對象各異，則需要不同孔結(jié)構(gòu)的活 性炭，例如，在氣相吸附環(huán)境下，應(yīng)選擇微孔較為發(fā)達的活性炭；在液相吸附環(huán)境下，應(yīng)選擇 中孔較為發(fā)達的活性炭。本發(fā)明所述"定向制備"是指：根據(jù)壓塊活性炭應(yīng)用途徑和環(huán)境的 不同，通過改變活性炭原料種類和比例，優(yōu)化活性炭制備工藝及參數(shù)等手段，針對性地制備 出適用于應(yīng)用途徑和環(huán)境的特殊結(jié)構(gòu)（中孔發(fā)達或微孔發(fā)達）的活性炭。
[0014] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種以弱粘結(jié)性煤為主料配煤制備的壓塊活性 炭，以弱粘結(jié)性煤為主料，選用無煙煤或褐煤為配煤，無需添加粘結(jié)劑，在保證壓塊活性炭 強度的同時，有目的地調(diào)節(jié)活性炭孔結(jié)構(gòu)，制備得到中孔或微孔較發(fā)達的壓塊活性炭。
[0015] 具體來說，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0016] -種以弱粘結(jié)性煤為主料配煤制備的壓塊活性炭，其特征在于，通過包含下述組 分的原料制備而成：主料50-90重量份，配煤10-50重量份；
[0017] 所述主料為弱粘結(jié)性煤，干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf為20. 0-37. 0%、粘結(jié)指數(shù)G不高 于35 ;所述配煤選自無煙煤或褐煤。
[0018] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述弱粘結(jié)性煤的重量份為50-70,所述配煤的重量 份為30-50。
[0019] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述弱粘結(jié)性煤的重量份為70-90,所述配煤的重量 份為10-30。
[0020] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述弱粘結(jié)性煤的重量份為85-90,所述配煤的重量 份為10-15。
[0021] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述弱粘結(jié)性煤的重量份為65-75,所述配煤的重量 份為25-35。
[0022] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述弱粘結(jié)性煤的重量份為50-55,所述配煤的重量 份為45-50。
[0023] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述弱粘結(jié)性煤的粘結(jié)指數(shù)為5-15。
[0024] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述無煙煤的揮發(fā)分Vdaf不大于10. 0%。
[0025] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述褐煤的揮發(fā)分Vdaf大于37. 0%。
[0026] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，當(dāng)配煤為無煙煤時，所述壓塊活性炭的平均孔徑為 I. 8-2. Onm ;當(dāng)配煤為褐煤時，所述壓塊活性炭的平均孔徑為2. 2-2. 5nm。
[0027] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，當(dāng)配煤為無煙煤時，所述壓塊活性炭的中孔率為 30% -36%，當(dāng)配煤為褐煤時，所述壓塊活性炭的中孔率為38% -50%。
[0028] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述壓塊活性炭通過包括下述步驟的方法制備得 到：
[0029] (1)將主料和配煤混合，將混合煤樣壓塊，得到成型料；
[0030] (2)將所述成型料在550°C -700°c進行炭化，得到炭化料；
[0031] (3)將所述炭化料在活化劑作用下，于800-100(TC進行活化，得到壓塊活性炭。
[0032] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述成型料的抗壓強度為8-8. 5MPa，所述炭化料的抗 壓強度為5-6. 5MPa。
[0033] 本發(fā)明還提供上述壓塊活性炭的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：
[0034] (1)將主料和配煤混合，將混合煤樣壓塊，得到成型料；
[0035] (2)將所述成型料在550°C _700°C進行炭化，得到炭化料；
[0036] (3)將所述炭化料在活化劑作用下，于800-100(TC進行活化，得到壓塊活性炭。
[0037] 優(yōu)選的，上述制備方法中，所述壓塊過程包括下述步驟：
[0038] 將混合煤樣在150MPa_250MPa壓力下，擠壓得到成型料。
[0039] 優(yōu)選的，上述制備方法中，在將主料和配煤混合前，還包括下述步驟：
[0040] 將主料和配煤分別破碎并篩分，使主料和配煤的粒徑分別在0. 075mm以下。
[0041] 優(yōu)選的，上述制備方法中，所述炭化過程之前，還包括下述步驟：
[0042] 將所述成型料破碎至3-10mm。
[0043] 優(yōu)選的，上述制備方法中，所述活化劑為水蒸氣，水蒸氣通量為0. 5-1. 25mL/ (g · h) 〇
[0044] 優(yōu)選的，上述制備方法中，所述炭化過程的升溫速率為1_20°C /min，優(yōu)選為 5-10°C /min，炭化時間為 0· 5-1. 5h，優(yōu)選為 0· 5-lh。
[0045] 優(yōu)選的，上述制備方法中，所述活化時間為I. 0-4. Oh，優(yōu)選為I. 5_3h。
[0046] 優(yōu)選的，上述制備方法中，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)條件的不同，所述活化時間也可以為 15-25h〇
[0047] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述成型料的抗壓強度為8-8. 5MPa，所述炭化料的抗 壓強度為5-6. 5MPa。
[0048] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，所述成型料的抗壓強度為5_6MPa。
[0049] 優(yōu)選的，上述壓塊活性炭中，