專利名稱：：新型炭陶復(fù)合吸附材料制備方法新型炭陶復(fù)合吸附材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸附材料的制備方法，特別是一種新型炭陶復(fù)合吸附材料制備方法。
背景技術(shù)：
：活性炭廣泛用于氣體吸附、分離、凈化及液體凈化、溶質(zhì)富集等領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，應(yīng)用環(huán)境的苛刻，對(duì)活性炭提出越來越高的要求，例如要求比表面積大、強(qiáng)度高、耐磨、耐水、難自燃，甚至是高溫條件下耐水等。炭陶復(fù)合吸附材料則具有大的幾何接觸面積和使用所需的強(qiáng)度。有非常優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)性能和難自燃的特性，避免了通?；钚蕴繎?yīng)用裝置中由于顆粒炭或粉狀炭堆積裝填阻力大易降低吸附效率及容易自燃等缺點(diǎn)，改善并拓寬了活性炭的使用性能和領(lǐng)域。已有的炭陶復(fù)合吸附材料的制造方法，根據(jù)專利申請(qǐng)?zhí)?9109217.X、專利申請(qǐng)?zhí)?5120973.6、專利號(hào)93102811.6、文章《新型復(fù)合材料——活性炭陶瓷的制造及其應(yīng)用》等文獻(xiàn)所述，其所選用的粘土均為幾種粘土互配而成。文章《新型復(fù)合材料——活性炭陶瓷的制造及其應(yīng)用》中還提到，不使用高嶺土。在專利申請(qǐng)?zhí)?9109217.X和專利號(hào)93102811.6中，所用的主要原料是"活性炭"，由此可見，已有制造方法制得的炭陶復(fù)合吸附材料，其作為吸附劑的使用功能是原材料中活性炭所預(yù)有的，與制造方法基本無關(guān)。另外專利號(hào)93102811.6的燒成溫度較高，為U00128(TC，燒成時(shí)間為1626小時(shí)，由于溫度很高，時(shí)間很長，不利于炭孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，故其雖然以活性炭為原料，但其制得的比表面積、總孔容積、吸苯值均較小。另外，專利申請(qǐng)?zhí)?2101515.1中提出了用軟木、硬木粉或骨粉與陶土混合制活性炭陶粒復(fù)合濾料，但由于主要材料使用的是軟木、硬木粉或骨粉而不是使用炭粉，這樣制得的產(chǎn)品炭含量較低。值得一提的是，專利申請(qǐng)?zhí)?5120973.6申請(qǐng)文件中也使用炭粉作為制作活性炭蜂窩體的主要原料，但其所選用的粘土為幾種粘土互配而成的，并且通過水蒸氣和添加適量的碳酸鹽和硅酸鹽對(duì)炭粉進(jìn)行雙重活化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好吸附性能的新型炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法。本發(fā)明的新型炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，包括原料制備、捏合成型、干燥、高溫活化、后處理；具體包括以步驟1、原料制備(1)制備炭粉取植物炭源材料(例如果殼、鋸屑等)為原材料，置植物炭源材料于30060(TC下炭化14小時(shí)，然后粉碎成為0.105mm0.074咖的炭粉備用；(2)制備粘土坯取含有鐵和鈣化合物的粘土(例如膨潤土、或海泡石、或高嶺土、或紅壤土……)，經(jīng)水淘洗為0.15mm0.074mm、含水率為20%30%的粘土坯備用；(3)制備膠液取纖維素類膠粘劑(例如羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素……，其中的一種或多種；)和/或淀粉類粘結(jié)劑(例如羧甲基淀粉鈉、羧甲基淀粉、羥甲基淀粉、羥乙基淀粉、羥丙基淀粉……，其中的一種或多種；)為有機(jī)粘接劑和潤滑劑，膠粘劑均為固體，與水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.510%的膠液備用；2、捏合成型將所述的炭粉、粘土坯、膠液按重量份數(shù)分別為3080份、30115份、35100份的比例混合，經(jīng)捏合機(jī)捏合均勻，再用成型擠條機(jī)擠成長度為35cra，直徑為0.30.7cm的圓柱形小條；3、干燥將上述圓柱形小條自然陰干或在5010(TC下烘干，得炭陶坯；4、高溫活化將干燥后的炭陶坯，在高溫下焙燒，從室溫升至700950°C，保溫210小時(shí)，保溫期間溫差不大于土15°C，升溫速率控制在315°C/min;保溫結(jié)束后，自然冷卻至室溫；5、后處理包括酸洗、水洗和烘干；取高溫活化后自然冷卻的炭陶坯進(jìn)行酸洗、水洗，在溫度為709(TC，12mol/L的鹽酸中酸洗浸泡530分鐘后，然后用水沖洗至pH為67，烘干即可。本發(fā)明的一種新型炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，采用燒炭工藝取代現(xiàn)有的燒陶瓷工藝制備炭陶，由于提高升溫速率、降低活化溫度，使整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間從原來的1626小時(shí)縮短到515小時(shí)，大大縮短了工藝周期；最高溫度也從1100128(rC降低到70095(TC，既有利于木炭轉(zhuǎn)化成活性炭，又有利于產(chǎn)品得率和性能的提高，同時(shí)降低了成本；采用未活化的炭粉替代現(xiàn)有的活性炭和木屑為原料，解決了使用活性炭為原料的產(chǎn)品價(jià)格高的問題，也比使用木屑為原料制得的炭陶具有更高的炭含量，也就相應(yīng)的具有較高的吸附性能。采用含有鐵化合物和鈣化合物的單一種粘土為無機(jī)粘結(jié)劑，這使得炭粉在加熱活化的同時(shí)，進(jìn)一步受到粘土中鐵化合物和鈣化合物的催化活化作用，使炭的孔隙結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)。以鐵化合物為例進(jìn)行說明，由于炭在高溫下具有還原性能把粘土中的氧化態(tài)的鐵還原為單質(zhì)鐵FeyOx+xC=yFe+xCO。鐵微粒在炭化料內(nèi)造孔，產(chǎn)生中孔。同時(shí)還有非催化活化反應(yīng)的進(jìn)行，這些非催化活化反應(yīng)主要產(chǎn)生微孔，制得孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸附性能良好的炭陶制品；在焙燒過程中，不再另行通入水蒸氣、二氧化碳等氣體，以此簡化工藝、降低成本。而是根據(jù)高溫下，爐內(nèi)空氣中存在的氧氣對(duì)炭進(jìn)行活化，其活化機(jī)理為C+O2=CO2+94.0kcal;2C+02=2CO+53.2kcal;C+CO2=2CO-40.8kcal。最后，對(duì)炭陶坯進(jìn)行酸洗、水洗，除去鐵和鈣，進(jìn)一步使孔隙充分暴露出來，有利于炭陶孔隙結(jié)構(gòu)和吸附性能的提高。采用本發(fā)明的炭陶制備方法比現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝具有成本低、工藝簡單、得率高、效益高等優(yōu)點(diǎn)；得到的炭陶復(fù)合吸附材料，具有較好的強(qiáng)度和耐水性、發(fā)達(dá)的孔隙和較大的比表面積、流體阻力小，并且難自燃，是一種新型炭陶復(fù)合吸附材料。采用美國Micrometric公司ASAP2010型全自動(dòng)比表面積分析儀，對(duì)本發(fā)明的粉狀和塊狀的炭陶復(fù)合吸附材料進(jìn)行的比表面積測定，結(jié)果列于表1。表l炭陶復(fù)合吸附材料性能測定結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例1一種炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，包括以下步驟:1、將木屑置于程序升溫爐中40(TC下炭化1小時(shí)，并粉碎至0.105mm0.074mm，得炭粉備用；2、將紅壤土經(jīng)水淘洗至O.15mm0.074mm，得土坯備用，水分含量控制在30%;3、采用羧甲基纖維素鈉為粘接劑，與水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的膠液備用；4、將所述的炭粉、紅壤土坯、膠液按重量比為66:48:74的比例混合，經(jīng)捏合機(jī)捏合均勻，再用成型擠條機(jī)擠成長度為5cm,直徑為0.3cm的圓柱形條狀物，置隧道干燥窯中IO(TC烘干；5、置烘干后的條狀物于程序升溫爐中，從室溫升至90(TC保溫4小時(shí)，焙燒活化，上下溫差不大于士15。C，升溫速率控制在5。C/miri;6、室溫下取出制品，用8(TC的1.5mol/L鹽酸酸洗20分鐘，然后用沸水洗至Ph為67，烘干即可。實(shí)施例2—種炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，包括以下步驟1、將果殼置于程序升溫爐中50(TC下炭化3小時(shí)，并粉碎至0.1050.074im，得炭粉備用；2、將高嶺土經(jīng)水淘洗至O.15mm0.074mm，得高嶺土坯備用，水分含量控制在30%。3、采用羧甲基纖維素和乙基纖維素為粘接劑，任意組配后與水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的膠液備用；4、將所述的炭粉、高嶺土坯、膠液按重量比為80:30:100的比例混合，經(jīng)捏合機(jī)捏合均勻，再用成型擠條機(jī)擠成長度為3cm，直徑為0.7cm的圓柱形條狀物，置隧道干燥窯中5(TC烘干；5、置烘干后的條狀物于程序升溫爐中，從室溫升至95(TC保溫6小時(shí)，焙燒活化，上下溫差不大于土15。C，升溫速率控制在l(TC/niin:6、室溫下取出制品，用8(TC的1.5mol/L鹽酸酸洗20分鐘，然后用沸水洗至Ph為67，烘干即可。實(shí)施例3—種炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，包括以下步驟1、將木屑置于程序升溫爐中60CTC下炭化4小時(shí)，并粉碎至0.1050.074mm，得炭粉備用；2、將膨潤土經(jīng)水淘洗至O.15咖0.074mm，得膨潤土坯備用，水分含量控制在20%。3、采用羧甲基淀粉鈉和羥丙基甲基纖維素為粘接劑，任意組配后與水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的膠液備用4、將所述的炭粉、膨潤土坯、膠液按重量比為50:63:60的比例混合，經(jīng)捏合機(jī)捏合均勻，再用成型擠條機(jī)擠成長度為4cm,直徑為0.5cm的圓柱形條狀物，置隧道干燥窯中8(TC下烘干；5、置烘干后的條狀物于程序升溫爐中，從室溫升至80(TC保溫2小時(shí)，焙燒活化，上下溫差不大于±15"，升溫速率控制在15TVmin;6、室溫下取出制品，用8(TC的1.5mol/L鹽酸酸洗20分鐘，然后用沸水洗至Ph為67，烘干即可。實(shí)施例4一種炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，包括以下步驟1、將木屑置于程序升溫爐中30(TC下炭化2小時(shí)，并粉碎至0.1050.074mm，得炭粉備用；2、將海泡石經(jīng)水淘洗至O.15mm0.074咖，得海泡石土坯備用，水分含量控制在30%。3、采用羧甲基淀粉為粘接劑，與水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的膠液備用；4、將所述的炭粉、海泡石土坯、膠液按重量比為30:115:35的比例混合，經(jīng)捏合機(jī)捏合均勻，再用成型擠條機(jī)擠成長度為5cm，直徑為0.6cm的圓柱形條狀物，置隧道干燥窯中9(TC下烘干；5、置烘干后的條狀物于程序升溫爐中，從室溫升至70(TC保溫10小時(shí)，焙燒活化，上下溫差不大于±15"，升溫速率控制在3tVmin;6、室溫下取出制品，用8(TC的1.5mol/L鹽酸酸洗20分鐘，然后用沸水洗至Ph為67，烘干即可。將炭陶復(fù)合吸附材料進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)，在010(TC水中進(jìn)行長時(shí)間浸泡試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的產(chǎn)品不受侵蝕，在任何一種情況下均未出現(xiàn)崩塌、粉化、破損等不良現(xiàn)象，保持完整的結(jié)構(gòu)，并且沒有任何溶出本發(fā)明的炭陶復(fù)合吸附材料可用于，脫色領(lǐng)域，如除去處理桃紅、綠色、耐曬黑、天藍(lán)等印染廢水，只需取一定量的炭陶復(fù)合吸附材料與印染廢水中，直到液體變澄清，過濾即可；脫臭領(lǐng)域，如用做冰箱除臭劑、鞋子脫臭劑等，只需取一定量的炭陶復(fù)合吸附材料用無紡布包裝好，放入冰箱或鞋子里頭就可以了，吸附飽和的炭陶制品，可以在陽光下或低溫下烘干，就可以達(dá)到再次使用的目的。吸附有機(jī)揮發(fā)性氣體領(lǐng)域，如苯、甲苯、甲醛等，只需取一定量的炭陶復(fù)合吸附材料與上述場所，就可以達(dá)到有效降低其氣體濃度的功效，達(dá)到凈化空氣的目的。權(quán)利要求1.一種新型炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)原料制備(a)制備炭粉置植物炭源材料于300～600℃下炭化1～4小時(shí)，然后粉碎成為0.105mm～0.074mm的炭粉備用；(b)制備粘土坯取含有鐵和鈣化合物的粘土，經(jīng)水淘洗為0.15mm～0.074mm、含水率為20％～30％的粘土坯備用；(c)制備膠液取纖維素類膠粘劑和/或淀粉類粘結(jié)劑與水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5～10％的膠液備用；(2)捏合成型將所述的炭粉、粘土坯、膠液按重量份數(shù)分別為30～80份、30～115份、35～100份的比例混合，經(jīng)捏合機(jī)捏合均勻，再用成型擠條機(jī)擠成長度為3～5cm，直徑為0.3～0.7cm的圓柱形小條；(3)干燥將上述圓柱形小條自然陰干或在50～100℃下烘干，得炭陶坯；(4)高溫活化將干燥后的炭陶坯，在高溫下焙燒，從室溫升至700～950℃，保溫2～10小時(shí)，保溫期間溫差不大于±15℃，升溫速率控制在3～15℃/min；(5)后處理包括酸洗、水洗、烘干；取高溫活化后自然冷卻的炭陶坯，在溫度為70～90℃，1～2mol/L的鹽酸中酸洗浸泡5～30分鐘后，水洗至pH為6～7，然后烘干。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于所述的含有鐵和鈣化合物的粘土為膨潤土、或海泡石、或高嶺土、或紅壤土。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于所述的纖維素類膠粘劑為羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素；所述的淀粉類粘結(jié)劑為羧甲基淀粉鈉、羧甲基淀粉、羥甲基淀粉、羥乙基淀粉、羥丙基淀粉。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型炭陶復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將木屑置于程序升溫爐中40(TC下炭化1小時(shí)，并粉碎至0.105mm0.074mm，得炭粉備用；(2)將紅壤土經(jīng)水淘洗至0.15咖0.074mm，得土坯備用，水分含量控制在30%;(3)采用羧甲基纖維素鈉為粘接劑，與水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的膠液備用；(4)將所述的炭粉、紅壤土坯、膠液按重量比為66:48:74的比例混合，經(jīng)捏合機(jī)捏合均勻，再用成型擠條機(jī)擠成長度為5cm，直徑為0.3cm的圓柱形條狀物，置隧道干燥窯中IO(TC烘干；(5)置烘干后的條狀物于程序升溫爐中，從室溫升至90(TC保溫4小時(shí)，焙燒活化，上下溫差不大于土15。C，升溫速率控制在5。C/min;(6)室溫下取出制品，用80。C的L5mol/L鹽酸酸洗20分鐘，然后用沸水洗至Ph為67，烘干即可。全文摘要一種新型炭陶復(fù)合吸附材料制備方法，包括原料制備、捏合成型、干燥、高溫活化、后處理；本發(fā)明采用燒炭工藝取代現(xiàn)有的燒陶瓷工藝制備炭陶，由于提高升溫速率、降低活化溫度，大大縮短了工藝周期，既有利于木炭轉(zhuǎn)化成活性炭，又有利于產(chǎn)品得率和性能的提高，同時(shí)降低了成本。制得的新型炭陶復(fù)合吸附材料還具有耐水、不自燃、強(qiáng)度高、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)B01J20/20GK101234330SQ20071000852公開日2008年8月6日申請(qǐng)日期2007年2月2日優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日發(fā)明者李月清,楊建華,林冠烽,江茂生,陳學(xué)榕,彪黃申請(qǐng)人:福建農(nóng)林大學(xué)