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        耐水土基成型蜂窩活性炭及其制作工藝
        編輯:活性炭廠家直銷   時間:2020-07-06

        技術領域

        [0001]  本發明涉及一種環保產品及其生產方法,即一種耐水土基成型蜂窩活性炭及其制作工藝。

         

        背景技術

        [0002]  活性炭具有強大的吸附功能,在吸附、催化工藝以及空氣、水的凈化中具有重要的作用??墒?,過去的活性炭都是顆粒狀產品,使用很不方便。近年來,有人把活性炭與樹脂或高嶺土等載體混合,制成樹脂基或土基活性炭塊,使活性炭的利用更加方便。不過,上述成型活性炭還不能適應水質凈化的要求。樹脂基活性炭塊外觀精美,且具有良好的拒水性能,但吸附率大為降低,加之樹脂屬于化學產品,不適合用于水質凈化。以高嶺土和活性炭等原料混合,通過煉泥、成型、干燥等工序,制成有許多可見通孔的蜂窩活性炭塊,具有接觸面積大、吸附率高、便于制作、成本低廉等優勢,但耐水性能太差,遇水即散,只能用于空氣的過濾,不能用于水處理。

         

        發明內容

        [0003] 本發明的目的是提供一種耐水性好、能在水中長時間保持原狀、既適于空氣凈化, 又適于水質凈化的耐水土基成型蜂窩活性炭。

        [0004] 本發明的另一目的是提供一種制造耐水土基成型蜂窩活性炭的制作工藝。

        [0005] 上述目的是由以下技術方案實現的 :研制一種耐水土基成型蜂窩活性炭,其特征在于 :這種耐水土基成型蜂窩活性炭是由土類基質高嶺土、粘土、天然硅沙中的一種與活性炭或活性炭的炭質原料混合制成的塊狀多孔物品。

        [0006] 這種耐水土基成型蜂窩活性炭的制作工藝,是將所說的土類基質與活性炭混合、制泥、成型后,置于高溫環境中加熱處理,使其中的土類基質顆粒之間相互熱熔黏結形成耐水網架。

        [0007] 這種耐水土基成型蜂窩活性炭的制作工藝,是將所說的土類基質與活性炭的炭質原料混合、制泥、成型后,置于高溫環境中加熱處理,在使其中的土類基質顆粒之間相互熱熔黏結的同時,使炭質原料活化成為活性炭。

        [0008]  一種耐水土基成型蜂窩活性炭制作工藝,包括把高嶺土與活性炭混合、制泥、成型制成塊狀產品的過程,其特征在于 :把高嶺土與活性炭制成的塊狀產品裝入去除氧氣的真空爐內,加熱到 700-900℃制成。

        [0009]  所說的加熱處理過程是 :把高嶺土與活性炭混合制成的塊狀產品裝入去除氧氣的真空爐內,充入惰性氣體,逐漸升溫,加熱到 800℃制成。

        [0010] 所說的惰性氣體是氮氣,其加熱處理過程是 :將蜂窩活性炭塊放入真空爐中,抽去

        空氣,關閉升溫,同時向爐內緩慢輸入氮氣,通過調整爐上的控制閥,使爐內壓力高于 1 大氣壓,保持在1.2-1.5kg/cm2,以防止氧氣回流,升溫速度控制在平均每分鐘5℃,到800℃保溫 2-3 小時,然后關斷電源,自然冷卻后取出。


        [0011] 所說的土類基質是高嶺土,高嶺土與活性炭的炭質原料混合,成泥,制成多孔塊狀,放入真空爐或在惰性氣氛爐中,使高嶺土生成耐水網架,炭質原料活化成活性炭顆粒并置于網架的空隙中。

        [0012] 所說的高嶺土用 600-1000 目的粘土替代。

        [0013]  所說的土類基質是硅沙,硅沙與白灰、活性炭混合,制成塊狀,放入蒸壓釜中,通入高壓蒸汽,使硅沙與白灰生成硅酸鈣網架,活性炭顆粒置于網架的空隙中。

        [0014]   所說的天然硅沙與白灰按10 ∶ 1-2 的重量份混合,調整含水率6-9%,在密閉容器

        內儲存 1 小時以上,再與 5 重量份以上的活性炭粉混合,放入模具中制成塊狀,再放入蒸壓釜中,通入高壓蒸汽, 170-220℃,1-1.5Mpa 的氣氛中保持 4-10 小時,冷卻后取出。 [0015] 所說的土類基質是硅沙,硅沙與白灰以及活性炭的炭質原料混合,制成塊狀,放入蒸壓釜中,通入壓蒸汽,使硅沙與白灰生成硅酸鈣網架,炭質原料活化成活性炭顆粒并置于網架的空隙中。

        [0016] 所說的活性炭的炭質原料是煤粉或生物質炭粉,天然硅沙與白灰按 10 ∶ 1-2 

        重量份混合,調整含水率 6-9%,在密閉容器內儲存 1 小時以上,再與 5 重量份以上的煤粉或生物質炭粉混合,放入模具中制成塊狀,再放入蒸壓釜中,通入高壓蒸汽,在 170-320℃, 1-1.5Mpa 的氣氛中保持 4-10 小時,冷卻后取出。

        [0017] 所說的炭質原料煤粉或生物質炭粉磨細達 200 目以上,并加入活化劑。

        [0018]  本發明的有益效果是 :經無氧條件下的高溫處理,既避免了活性炭的燃燒,增強了活性炭的活性,又且使土類基質熔結成微小的固體網格,把活性炭顆粒包裹其中,在水中長時間浸泡而不解體,成為耐水的空氣水質兩用凈化材料,且可廣泛適用于多種氣體和液相環境的吸附純化作業。特別是采用硅砂蒸養工藝,以及成型后炭質活化工藝,可充分利用天然荒沙以及煤炭、生物質炭材資源,變廢為寶,降低成本,為成型活性炭的普及應用創造了條件。

         

        具體實施方式

        [0019] 第一種實施例 :混料 :按重量取 200 目以上的活性炭粉 50-85 份、800-1000 目的高

        嶺土 15-50 份、無機膠粘劑羥丙基甲基纖維素 1.5-15 份,再放入混料機中充分混勻。

        [0020] 煉泥 :將上述混合料置入和料機中,逐步加入料重 70-85%的水,和料 20-30 

        ;待混勻后再投入煉泥機中反復揉搓煉泥 2-3 遍,擠出泥段用塑料布包裹,密封陳腐處理

        24-48 小時 ;經陳腐處理的泥段再投入到煉泥機中煉泥 2 次,同時抽去泥料中的空氣,使其真空度達到 0.04Mpa 以上,再從煉泥機出口擠出用塑料布包裹待用。

        [0021] 成型 :將泥料裝人液壓擠制成型機,以 5Mpa 以上的壓力擠出通過模具,制得斷面邊長 10 厘米以上,每平方厘米 12 個以上通孔的泥條,經切割、干燥得到各種規格的蜂窩活性炭塊。

        [0022]   熱處理 :將蜂窩活性炭塊放入真空爐中,抽去空氣,關閉升溫到 70-900 ℃,以 800℃為優選。升溫速度控制在平均每分鐘 5℃左右,到 800℃保溫 5-12 小時,然后關斷電源,自然冷卻后取出。其產品強度相當于 50 號以上標準磚塊,置入水中 72 小時無可見形變為合格。

        [0023] 本例中的高嶺土可用磨細至 600-1000 目的粘土代替,仍有滿意效果。


        [0024]  第二種實施例 :成型工藝與前例相同,熱處理工藝如下 :將蜂窩活性炭塊放入真空爐中,抽去空氣,關閉升溫。同時向爐內緩慢輸入惰性氣體,因氮氣價廉,為優選。通過調整爐上的控制閥,使爐內壓力高于爐外壓力,也就是高于1 個大氣壓,保持在1.1-1.5kg/cm2 左右,以防止氧氣回流,升溫速度控制在平均每分鐘 5℃左右,到 800℃保溫 2-3 小時,然后關斷電源,自然冷卻后取出。

        [0025]  第三種實施例 :成型工藝與前例相同,熱處理工藝如下 :將蜂窩活性炭塊放入真空爐中,抽去空氣,同時向爐內輸入定量氮氣,關閉升溫。氮氣輸入量按最高溫度下爐內壓力仍不超過爐具允許下限計算。爐具上設有定壓安全閥,一旦超壓由定壓閥自動調解。這種方式氮氣用量較少,但計量要求較高。升溫速度控制在平均每分鐘 2℃左右,到 800℃保 1-2 小時,然后關斷電源,自然冷卻后取出。

        [0026] 第四種實施例 :按重量取活性炭 74 份,高嶺土 24 份,羥丙基甲基纖維素 2 份,混

        勻,加水 80 份,煉泥兩次,陳腐 48 小時,在擠制成型機上擠成帶許多通孔的蜂窩活性炭塊, 經干燥后,裝入爐內充入氮氣4 小時,然后保持爐內壓力高于環境壓力0.1-0.5kg/cm2,加熱升溫,經 2 小時從室溫提高到 300℃,再經 1 小時提高到 500℃,再經 1 小時提高到 800℃,恒溫 2 小時以上,再自然降溫到室溫后出爐。

        [0027] 經檢測,比表面積為 735m2,縱向抗壓強度1.83MPa,橫向抗壓強度0.94MPa,苯吸附值26.2%,四氯化碳吸附值42.3%,耐水 72 小時以上。其中,縱向是指沿通孔方向。

        [0028] 第五種實施例 :按重量取活性炭 49 份,高嶺土 49 份,羥丙基甲基纖維素 2 份,混

        勻,加水 78 份,煉泥,陳腐 36 小時后,在擠制成型機上擠出9 /cm2 的蜂窩活性炭塊,干燥后裝入爐內充入氮氣3 小時,然后保持爐內壓力高于環境壓力0.1-0.2kg/cm2,加熱升溫, 2 小時由室溫升至 300℃,經 1 小時提高到 600℃,再經 1 小時提高到 800-900℃,恒溫 8 時,再自然降溫到室溫后出爐。

        [0029] 經檢測,比表面積為 525m2,縱向抗壓強度2.783MPa,橫向抗壓強度1.49MPa,苯吸附值20.5%,四氯化碳吸附值32.3%,耐水 96 小時以上。

        [0030] 第六種實施例 :將蜂窩活性炭塊放入真空爐中,抽去空氣,關閉升溫,同時向爐內緩慢輸入氮氣,通過調整爐上的控制閥,使爐內壓力高于爐外壓力,以防止氧氣回流,升溫速度為 :室溫 -300℃ /0.5-5 小時,300-500℃ /2-3 小時,500-800℃ /2-3 小時,800-1200℃恒溫 2-12 小時,然后降溫出爐。其中 800-1200℃恒溫是指在 800℃ 1200℃之間每 100℃進行一次恒溫實驗,采集各項指標列出曲線,證明在 800-900℃各項主要指標雖有差異,但降幅較小,超過 900℃多項主要指標開始下滑,以 1200℃為極限值,超過 1200℃則各項指標顯著下降。

        [0031] 第七種實施例 :在高嶺土缺乏的情況下,可用 600-1000 目的粘土替代。因高嶺土和粘土的主要成分都是 SiO2,屬于同類土質,且均可燒結成型。實驗證明,用粘土全部或部分替代高嶺土,所生產的活性炭塊的主要指標仍能滿足要求。

        [0032]  第八種實施例 :由于活性炭價格較高,阻礙蜂窩活性炭產品的普及推廣,所以,本例根據炭質原料在無氧高溫下可產生活性的原理,選用煤炭或生物質炭粉磨細,與高嶺土混合,加水煉泥、模壓制成多通孔塊、干燥后放入真空爐或在惰性氣氛爐中,使高嶺土生成耐水網架,煤炭或其他炭粉活化成活性炭顆粒并置于網架的空隙中。具體做法有多種,下面


        僅舉一例

        [0033] 按重量取 200 目以上的煤粉 60-100 份、800-1000 目的高嶺土 15-50 份、無機膠

        粘劑羥丙基甲基纖維素 1.5-15 份,再放入混料機中充分混勻。再采用第一種實施例的煉

        、成型工藝制得斷面邊長 10 厘米以上,每平方厘米 12 個以上通孔的泥條,經切割、干燥得到各種規格的蜂窩活性炭塊。將蜂窩活性炭塊放入真空爐中,抽去空氣,緩慢升溫,每分鐘1-3℃,升溫到 700-900℃, 800℃為優選。 800℃保溫 5-12 小時,然后關斷電源,自然冷卻后取出。其產品強度相當于 50 號以上標準磚塊,置入水中 72 小時無可見形變為合格。[0034] 經檢測,比表面積為 485m2,縱向抗壓強度 2.783MPa,橫向抗壓強度 1.49MPa,苯吸附值 18.5%,四氯化碳吸附值 30.2%,96 小時以上。說明煤粉已經活化,和第一種實施例相,其指標雖有,但成本可降 30%,可以通過增加用量來彌補, 綜合成本仍有 20%以上的節約空間。

        [0035] 本例所說的高嶺土可以用 600-1000 目的粘土替代。

        [0036] 本例中所采用的煤粉可以用木材、果殼、農作物秸稈等生物質材料替代,并且分為先行炭化和后炭化兩種途徑。先行炭化就是先將材料燒炭,將炭制粉后與煤粉的用法相同。后炭化就是把材料粉碎與高嶺土混合制泥成型,在真空爐或氮氣爐中成炭并活化。

        [0037] 第九種實施例 :在煤粉或生物質碳粉里面添加活化劑,活化劑的種類和添加比例可采用現有煤粉或生物質碳粉制取活性炭的指標,例如選用氯化鋅混入煤粉,再將煤粉與高嶺土、羥丙基甲基纖維素混合煉泥,模壓成多通孔蜂窩塊,在真空爐或充氮爐內,緩慢升溫達 800-900℃,在蜂窩塊燒制成耐水塊的同時,煤粉或其他碳粉也得到活化。再將耐水塊在鹽酸內浸泡后,再用熱水洗過,里面的氯化鋅以及容易脫出的活性炭顆粒即可清除回收, 所得蜂窩活性炭塊吸附效果更佳。

        [0038] 本例所說的高嶺土也可以用 600-1000 目的粘土替代。

        [0039] 第十種實施例 :在煤粉或生物質碳粉里面添加活化劑,活化劑的種類和添加比例可采用現有煤粉或生物質碳粉制取活性炭的指標,例如選用氯化鋅混入煤粉,再將煤粉與高嶺土、羥丙基甲基纖維素混合煉泥,模壓成多通孔蜂窩塊,在真空爐或充氮爐內,緩慢升溫達 800-900℃,在蜂窩塊燒制成耐水塊的同時,煤粉或其他碳粉也得到活化。再將耐水塊裝入蒸汽罐中,升至 3 個大氣壓放氣一次,反復三次,里面的氯化鋅以及容易脫出的活性炭顆粒即可清除,所得蜂窩活性炭塊吸附效果更佳。

        [0040] 第十一種實施例 :土類基質選用天然硅沙,也就是自然流動的沙子,與少量白灰、活性炭混合,制成塊狀,放入蒸壓釜中,通入高壓蒸汽,其中的硅沙與白灰生成硅酸鈣網架, 活性炭顆粒置于網架的空隙中。實驗證明,這種方法可以利用荒沙,變廢為寶,且可顯著降低蜂窩活性炭的成本。具體過程如下

        [0041] 天然硅沙粒徑為 100-200 微米,顆粒大者可進行球磨,SIO2 含量85%,含泥量

        1%,與白灰按 10 ∶ 1-2 的重量份混合,調整含水率 6-9%,在密閉容器內儲存消解 1 

        時以上,再與 5-20 重量份的活性炭粉混合,放入模具中制成塊狀,再放入蒸壓釜中,通入高壓蒸汽,在 170-220℃,0.5-1.5Mpa 的氣氛中保持 4-10 小時,冷卻后取出。

        [0042] 第十二種實施例 :土類基質選用粒徑 80-200 微米的天然硅沙,SIO2 含量85%, 含泥量1%,與白灰按 10 ∶ 1-2 的重量份混合,調整含水率 6-9%,在密閉容器內儲存消解 1 小時以上,再與 5-20 重量份的 200 目煤炭粉或木炭粉或農作物秸稈炭粉混合,放入


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