一种活性炭颗粒及其制备方法及碳罐的制作方法
【专利说明】一种活性炭颗粒及其制备方法及碳罐 【技术领域】
[0001] 本发明涉及活性炭颗粒的制备方法，特别是涉及一种用于汽油蒸汽吸附回收的活 性炭颗粒及其制备方法及碳罐。 【【背景技术】】
[0002] 汽油等轻质油品挥发性强，在存储、运输及使用过程中存在着较为严重的油气蒸 发损耗问题。油品储运过程中的损耗一般为其加工量的1%。-4%。，既浪费了宝贵的石油资 源，又降低了油品质量，逸散的油气又会促进光化学烟雾的形成，严重影响大气环境。
[0003] 利用性能优良的吸附剂对油气进行选择性吸附，实现油品蒸汽的吸附回收，是一 种有效的油气回收技术，而吸附剂的选取是此项技术的关键。活性炭是一种疏水性吸附剂， 具有非极性的表面结构，特别适合于从气体或者液体混合物中进行油气的吸附回收。
[0004] 为防止汽油挥发而浪费燃料和污染环境，欧洲和美国早在20世纪70年代就制定 法律要求在汽车上安装装填活性炭的碳罐对汽油蒸汽进行吸附。我国从20世纪80年代 起开始这一方面的研究开发及设备引进，并于2006年制定了国家标准对石油和成品油储、 运、销售业及加油站的大气污染物排放进行严格限制。随着国家对环保及节能减排的逐步 重视，油气回收用活性炭将得到极大发展。用于汽油蒸汽回收的活性炭一般装填在碳罐中， 安装在汽车上。碳罐的工作原理是：汽车发动机停止工作时，由化油器、气缸等处挥发出的 汽油蒸汽通过碳罐，被碳罐中的活性炭吸附。发动机工作时，被吸附的汽油蒸汽随同被吸入 的空气脱附，并一同进入气缸燃烧，从而达到防止汽油蒸发浪费的目的。碳罐所用的活性炭 是控制汽油蒸发的关键，要求其不仅吸附性能好，而且有较好的脱附性能。
[0005] 现有的有关油气回收专用的成型活性炭的制备方法的专利和文献中，公开的制备 方法多通过高强度挤压成型或者破碎成型，一方面原料来源有限，生产耗能大，成本高。另 一方面制备得到的成型活性炭的强度低，颗粒碳形状不规则，实际使用中可能会存在堆积 密度过高、背压大的问题。而且，已有大部分制备方法制得的活性炭对汽油蒸汽的吸附、脱 附速度均较慢。 【
【发明内容】
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[0006] 本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种活性炭颗粒 的制备方法，制得的活性炭颗粒吸附汽油蒸汽时的工作容量大，且强度高，对汽油蒸汽的吸 附、脱附速度均较快。
[0007] 本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0008] -种活性炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：1)将10~89. 8wt. %的活性炭粉体、 0. 1~15wt. %的含苯环的有机高分子化合物、0. 1~15wt. %的无机粘结剂和3~60wt. % 的水混合均匀，在25~200°C下捏合0. 1~2h得到活性炭泥；2)将步骤1)得到的活性炭泥 在室温下挤出成颗粒状的活性炭泥；3)将步骤2)得到的颗粒状的活性炭泥在50~IKTC 下干燥0. 5~2h ;4)将步骤3)得到的干燥好的颗粒状的活性炭在惰性气体的保护下，在室 温下加热至250~800°C，保温0. 1~20h，得到最终产物活性炭颗粒。
[0009] -种根据上述的制备方法制得的活性炭颗粒，所述活性炭颗粒具有微孔-介 孔-大孔的复合孔径结构，复合孔径结构中微孔为孔径小于2nm的孔，介孔为孔径在2nm~ 50nm之间的孔，大孔为孔径大于50nm的孔；且孔径在2-~5nm的孔的孔容占总孔容的分 数在20%~50%。
[0010] -种用于吸附汽油蒸汽的碳罐，所述碳罐中装填的活性炭为如上所述的活性炭颗 粒。
[0011] 本发明与现有技术对比的有益效果是：
[0012] 本发明的活性炭颗粒的制备方法，制备方法中采用步骤1)的混料捏合过程，辅助 以步骤2)的挤出，并通过步骤3)干燥以及步骤4)加热热处理后制得成型的活性炭颗粒。 制得的活性炭颗粒，经实验验证，具有微孔-介孔-大孔的复合孔径结构，且孔径在2~5nm 的孔的孔容占总孔容的分数在20%~50%。具有该2-~5nm孔的高孔容分数以及复合孔 径分布，经进一步测试，其工作时强度高，在95%~99%的范围（高于现有技术的95% )， 寿命长，正丁烷工作容量在8. 5~13g/100g(高于现有技术的5~8g/100g)。而具有微 孔-介孔-大孔的复合孔径结构，微孔可以提高活性炭颗粒的吸附力，介孔可以提高活性炭 颗粒的吸附量，大孔为吸附提供快速通道，使得活性炭颗粒有大的吸附容量的同时可以加 快油气的吸脱附速率。本发明的制备方法，工序简单，不需要一般高压挤压造粒方法所导致 的成品率低和高耗能。制备时采用粉状活性炭为原料，相比于以往的采用木肩、硬质果壳或 煤炭为原料的制备方法，粉状活性炭具有无需经过碳化和活化步骤所导致的颗粒强度降低 等问题，且粉状活性炭来源广泛，成本相对较低。且仅涉及混料捏合、挤出、干燥、热处理等 工序，生产成本也较低。 【【附图说明】】
[0013] 图1是本发明【具体实施方式】的实施例1制得的活性炭颗粒的形貌图片；
[0014] 图2是本发明【具体实施方式】的实施例1制得的活性炭颗粒的孔径分布图。 【【具体实施方式】】
[0015] 下面结合【具体实施方式】并对照附图对本发明做进一步详细说明。
[0016] 经研究发现，活性炭吸附油气主要为范德华力引起的非极性物理吸附过程，吸附 能力与活性炭的比表面积、孔容、孔径分布等物理结构参数有关，碳氢分子直径与活性炭的 孔径尺寸愈接近，吸附能力愈强。活性炭比表面积越高，吸附能力愈强。对于孔容，理想的 孔径范围是微孔上限值至介孔下限值之间的范围，即2~5nm，因此孔径范围在2~5nm的 孔的孔容占总孔容的分数越高，吸附能力愈强。另外，孔径分布时，如为单一的孔径结构，例 如单一的微孔，或者单一的介孔，再或者单一的大孔，吸附效果均不理想。如为复合的孔径 结构，微孔可以提高活性炭颗粒的吸附力，介孔可以提高活性炭颗粒的吸附量，大孔为吸附 提供快速通道，使得活性炭颗粒有大的吸附容量的同时具有快速吸附脱附性能，有助于提 升吸附效果。
[0017] 本【具体实施方式】的活性炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0018] 1)将10~89. 8wt. %的活性炭粉体、0. 1~15wt. %的含苯环的有机高分子化合 物、(λ 1~15wt. %的无机粘结剂和3~60wt. %的水混合均勾，在25~200°C下捏合0· 1~ 2h得到活性炭泥。
[0019] 其中，无机粘结剂可为粘土、硅酸钠、偏铝酸钠、硅溶胶、铝溶胶、氢氧化铝、薄水铝 石、磷酸铝、磷酸氢二铝、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙的一种或 多种的混合物。经后续实验验证，无机粘结剂选用由硅胶、氧化镁和磷酸二氢铝三者组成的 混合物时，效果较优。
[0020] 含苯环的有机高分子化合物可为沥青、煤焦油、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基 苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、淀粉、酚醛树脂、阿拉伯树脂、石蜡的一种或多种的混合物。经 后续实验验证，有机高分子化合物选用沥青、煤焦油或者羧甲基纤维素时，效果较优。
[0021] 该步骤中，制备的原材料选用活性炭粉体、含苯环的有机高分子化合物、无机粘结 剂和水四种组分。其中，含苯环的有机高分子化合物除了发挥有机粘结剂的作用，还与无机 粘结剂复合，彼此促进。相对于以往单独选用无机粘结剂或者单独选用有机粘结剂，同时 包括有机高分子化合物和无机粘结剂时，有机高分子化合物和无机粘结剂除了作为粘结剂 将碳粉粘结成一定强度的活性炭颗粒之外，还起