一种koh固体活化的活性炭制备及成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境污染物吸附处理技术领域，具体涉及一种KOH固体活化的活性炭制备及成型方法。
【背景技术】
[0002]活性炭是利用木炭、木肩、果壳等农副产品、煤及重质石油为原料经炭化活化得到的产物，几乎所有含碳材料都可以用来制备活性炭。活性炭作为最古老最重要的优良多孔性吸附材料，由于具备高度发达的空隙结构和巨大的内比表面积，性能稳定，可以再生等特点，广泛应用于化工、环保、军事化学防护等领域。
[0003]目前用于制备活性炭的煤种主要是烟煤、无烟煤、褐煤等。我国煤炭资源丰富，成为生产煤质活性炭大国，常用的是无烟煤和不粘煤、弱粘煤，但生产的活性炭品质欠佳，品种单一。高比表面积活性炭由于具有更丰富的内部孔隙结构和超强吸附能力，在应用方面比普通活性炭具有更高的价值。因此以煤为主要原料得到高比表面积活性炭具有重要意义。
[0004]基于所选原料和用途，制备活性炭的方法主要分为物理活化法和化学活化法两种，在实际应用过程中，根据所需活性炭性能要求选择合适的活化方法。物理活化法是将原料在高温下用水蒸气、二氧化碳或空气等氧化性气体与炭材料反应，使炭材料中无序炭部分氧化刻蚀，在材料内部形成发达的微孔结构。碳化温度一般在600°C，活化温度在800-900°C [1]o化学活化法是将原料与化学药品按一定比例混合浸渍一段时间，炭化和活化一步完成。常用的化学活化剂有ZnCl2、H3PO4, KOH等[2]。ZnCl2、H3P04fe的活化温度一般为400-600°C，KOH法为700-900°C。化学活化法虽然存在对设备腐蚀性大、需进一步处理等缺点，但活化产率高，可以得到比表面积更大的活性炭，尤其是KOH活化法。申请号为201010273277.3的中国专利公开了一种炭分子筛的制备方法，包括制备常规的炭分子筛，然后采用二次活化技术对常规分子筛进行扩孔。该新型分子筛以煤、椰壳或酚醛树脂为原料，通过粉碎、成型、炭化、水蒸气活化、烃类沉积缩合等常规生产步骤，再以二氧化碳或KOH为活化剂，进行二次活化。该方法使用的KOH为溶液，通过对常规炭分子筛进行浸渍两小时后再进行高温活化。该方法存在操作复杂、浪费能源等问题。通过文献调研及本课题组实验发现，固体KOH活化的效果比液体KOH浸渍后活化效果要好。因此，本专利发明了一种KOH固体活化的活性炭制备及成型方法。与KOH溶液相比，不需要长时间浸渍，缩短制备时间且相同条件下活化效果更好；与二氧化碳或水蒸气活化相比，活化温度低，节约能源。
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[0006][2]崔静，赵乃勤，李家俊.活性炭制备及不同品种活性炭的研究进展.碳素
[0007]技术.2005，1(24):26-31.
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种KOH固体活化的活性炭制备及成型方法。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤:
[0010]步骤1、将KOH固体快速研磨成粉末，研磨完成后按一定比例加入活性炭前体，然后快速均匀混合形成混合物；
[0011]步骤2、迅速将混合物放入气氛炉，在队保护下，以5-15°C /min的升温速率升温至700-1000°C，活化30-120min，冷却后经水洗、烘干，得到KOH活化活性炭粉末；
[0012]步骤3、将偏铝酸钠、硅酸钠、KOH按一定比例混合形成粘合剂，待KOH潮解完全后，再加入KOH活化活性炭粉末，粘合剂和KOH活化活性炭粉末以质量比1:4混合揉捏，挤压成型；
[0013]步骤4、成型的颗粒在105°C条件下烘干，得到成型颗粒活性炭。
[0014]所述的活性炭前体为各类煤粉，包括无烟煤粉、烟煤、褐煤等。
[0015]KOH固体是化学活化剂，在与活性炭前体混合时，为防止KOH固体潮解，需要快速磨成粉末并放入气氛炉中，KOH与煤粉的质量比为(1:5)-(10:1)。
[0016]成型过程中所述的粘合剂是合成分子筛的基础原料，具体的粘合剂中的偏铝酸钠:硅酸钠:Κ0Η的摩尔质量比为1: (0.5-5): (0.5-4)。
[0017]与现有的技术相比，本发明的优点在于:
[0018]本发明直接以KOH固体为活化剂，通过调节KOH固体与煤粉的比例调节活化效果。与KOH溶液相比，不需要长时间浸渍，缩短制备时间且相同条件下活化效果更好；与二氧化碳或水蒸气活化相比，活化温度低，节约能源。
[0019]成型过程使用偏铝酸钠、硅酸钠、KOH为粘合剂，是合成分子筛的基础原料。成型后颗粒的抗压强度和耐磨损能力都较高。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0021]实施例1
[0022](I) KOH活化活性炭制备:称取1g KOH固体快速研磨成粉末，加入50g煤粉迅速混合均匀。将上述混合物放入气氛炉，在队保护下，以5°C /min的升温速率升温至900°C，活化60min，冷却后经水洗至中性、烘干，得到KOH活化活性炭粉末，其BET比表面积为200m2/g，Langmuir 比表面积为 350m2/g。
[0023](2)活性炭成型:称偏铝酸钠4g，九水硅酸钠7g，KOH 2g，待KOH潮解完全后，再加入KOH活化活性炭Sg混合揉捏，挤压成型，成型的颗粒在105°C条件下烘干，得到成型颗粒活性炭，其抗压强度大于200N。
[0024]实施例2
[0025](I) KOH活化活性炭制备:称取10g KOH固体快速研磨成粉末，加入1g煤粉迅速混合均匀。将上述混合物放入气氛炉，在队保护下，以5°C /min的升温速率升温至900 °C，活化60min，冷却后经水洗至中性、烘干，得到KOH活化活性炭粉末，其BET比表面积为800m2/g，Langmuir 比表面积为 1300m2/g。
[0026](2)活性炭成型:称偏铝酸钠4g，九水硅酸钠14g，KOH 4g，待KOH潮解完全后，再加入KOH活化活性炭16g混合揉捏，挤压成型，成型的颗粒在105°C条件下烘干，得到成型颗粒活性炭，其抗压强度大于200N。
[0027]实施例3
[0028](I) KOH活化活性炭制备:称取60g KOH固体快速研磨成粉末，加入1g煤粉迅速混合均匀。将上述混合物放入气氛炉，在队保护下，以5°C /min的升温速率升温至900°C，活化60min，冷却后经水洗至中性、烘干，得到KOH活化活性炭粉末，其BET比表面积为3500m2/g，Langmuir 比表面积为 5300m2/g。
[0029](2)活性炭成型:称偏铝酸钠4g，九水硅酸钠14g，KOH 4g，待KOH潮解完全后，再加入KOH活化活性炭16g混合揉捏，挤压成型，成型的颗粒在105°C条件下烘干，得到成型颗粒活性炭，其抗压强度大于200N。
[0030]实施例4
[0031](I)KOH活化活性炭制备:称取40g KOH固体快速研磨成粉末，加入1g煤粉迅速混合均匀。将上述混合物放入气氛炉，在队保护下，以5°C /min的升温速率升温至900°C，活化60min，冷却后经水洗至中性、烘干，得到KOH活化活性炭粉末，其BET比表面积为2500m2/g，Langmuir 比表面积为 3900m2/g。
[0032](2)活性炭成型:称偏铝酸钠4g，九水硅酸钠14g，KOH 4g，待KOH潮解完全后，再加入KOH活化活性炭16g混合揉捏，挤压成型，成型的颗粒在105°C条件下烘干，得到成型颗粒活性炭，其抗压强度大于200N。
[0033]实施例5
[0034](I) KOH活化活性炭制备:称取30g KOH固体快速研磨成粉末，加入1g煤粉迅速混合均匀。将上述混合物放入气氛炉，在队保护下，以5°C /min的升温速率升温至800°C，活化60min，冷却后经水洗至中性、烘干，得到KOH活化活性炭粉末，其BET比表面积为1600m2/g，Langmuir 比表面积为 2300m2/g。
[0035](2)活性炭成型:称偏铝酸钠5g，九水硅酸钠10g，KOH 4g，待KOH潮解完全后，再加入KOH活化活性炭16g混合揉捏，挤压成型，成型的颗粒在105°C条件下烘干，得到成型颗粒活性炭，其抗压强度大于200N。
[0036]实施例6
[0037](I) KOH活化活性炭制备:称取50g KOH固体快速研磨成粉末，加入1g煤粉迅速混合均匀。将上述混合物放入气氛炉，在队保护下，以5°C /min的升温速率升温至1000°C，活化60min，冷却后经水洗至中性、烘干，得到KOH活化活性炭粉末，其BET比表面积为2100m2/g，Langmuir 比表面积为 3400m2/g。
[0038](2)活性炭成型:称偏铝酸钠4g，九水硅酸钠70g，KOH 1g,待KOH潮解完全后，再加入KOH活化活性炭40g混合揉捏，挤压成型，成型的颗粒在105°C条件下烘干，得到成型颗粒活性炭，其抗压强度大于200N。
[0039]实施例7
[0040](I) KOH活化活性炭制备:称取60g KOH固体快速研磨成粉末，加入1g煤粉迅速混合均匀。将上述混合物放入气氛炉，在队保护下，以5°C /min的升温速率升温至700°C，活化60min，冷却后经水洗至中性、烘干，得到KOH活化活性炭粉末，其BET比表面积为1700m2/g，Langmuir 比表面积为 2600m2/g。
[0041](2)活性炭成型:称偏铝酸钠5g，九水硅酸钠