一种多孔外壳的核壳式活性炭及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于成型活性炭的制备领域，具体涉及一种多孔外壳的核壳式活性炭及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 活性炭广泛应用于液相和气相的吸附、脱色、精制、分离、催化领域，在食品、医药、 化工、环保等方面有重要意义。社会发展和科技进步对活性炭提出了更高的要求，由最初单 一的粉末活性炭演变出多种新型活性炭制品。与粉末活性炭相比，成型活性炭具有较大的 尺寸和一定形状，有较高的堆密度与强度，且无粉尘污染。成型活性炭是其中极具前景的一 种。成型活性炭的制备技术，也在不断发展之中，但基本上都属于粘结技术。所谓的粘结技 术，就是把粉状的活性炭用粘接剂粘结成型，得到一个成型的坯体，然后再炭化活化得到成 型活性炭。粘结剂的使用不仅会堵塞活性炭的孔隙，降低活性炭的比表面积，从而降低吸附 性能;而且为了提高成型活性炭的强度，必须使用大量的粘结剂，大量粘结剂的使用也会增 加生产成本。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多孔外壳的核壳式活性炭及其 制备方法。本发明结合了粉末状活性炭和颗粒状活性炭的优点，所制得的成型活性炭产品， 内核为粉末状，外壳为具有丰富的空隙结构的无机包覆层，保持了粉末状活性炭具有的较 高的吸附性能，并具有良好的强度;操作过程简便，生产成本较低。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，包括以下步骤： (1) 初步定型:采用〇. 01-0.5wt%的有机粘结剂水溶液与粉末状活性炭混合，然后进行 挤出成型，制得颗粒状物料;有机粘结剂与粉末状活性炭的重量配比为0.2~1:1; (2) 包覆:将颗粒状物料置于整形机中，边整形边洒入无机粘结剂和木质原料的混合 物，无机粘结剂和木质原料的混合物与步骤（1)所制得的颗粒状物料中的水分复合形成坚 硬的包覆层； (3) 热处理:将经步骤(2)包覆处理后的物料，在300-400 °C下进行热处理0.5~3 h，使 得步骤(2)包覆处理后的物料中的有机粘结剂发生热分解，内核颗粒状物料的结构受到破 坏，形成粉末;外层的无机包覆层形成坚硬的包覆层，保护粉末不漏出来;外层的木质原料 烧失，在外壳表面上形成丰富的空隙结构，有利于形成通道，提高内核活性炭的吸附速率； (4) 筛分:将经步骤(3)热处理后的产品进行冷却，然后筛分，得到不同规格的内核为粉 末的颗粒状活性炭产品。
[0005] 步骤（1)中所述的有机粘结剂包括羧甲基纤维素、淀粉和糖蜜中的一种或几种的 混合物。
[0006] 步骤(2)中所述的无机粘结剂为水泥粉/多孔性无机材料的复合粉体;水泥粉与多 孔性无机材料的重量配比2~6:1; 所述的多孔性无机材料包括白炭黑、硅藻土或海泡石中的一种或几种的混合物； 步骤(2)中所述的木质原料为木肩、竹肩、稻壳或果壳类的粉末，粒径小于0.075 mm; 步骤(2)中所述的无机粘结剂和木质原料的重量配比为10:0.1~1.5; 优选的，步骤(3)中在350 °C下进行热处理I h。
[0007] -种如上所述的制备方法制得的多孔外壳的核壳式活性炭：内核为粉末状活性 炭，外壳为多孔的无机包覆层;无机包覆层的厚度为〇. 3~1.5 mm，粉末状活性炭占据外壳壳 体容积的百分之五十以上。
[0008] 本发明的有益效果在于： 本发明的成型活性炭产品的内核为粉末状的活性炭，而非粘结的活性炭坯体，不会堵 塞活性炭的孔隙；同时，外壳为具有丰富孔隙结构的无机包覆层，有利于形成通道，提高内 核活性炭的吸附速率;产品既有较高的吸附性能，又有良好的强度;并且操作过程简便，生 产成本较低，便于批量化生产。
【具体实施方式】
[0009] 本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实 施例。
[0010] 实施例1 一种多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，包括以下步骤： (1) 初步定型：采用〇. Olwt%的羧甲基纤维素水溶液与粉末状活性炭混合，然后进行挤 出成型，制得颗粒状物料;羧甲基纤维素与粉末状活性炭的质量比为1:1; (2) 包覆:将颗粒状物料置于整形机中，边整形边洒入无机粘结剂和木质原料的混合 物，无机粘结剂和木质原料的混合物与步骤（1)所制得的颗粒状物料中的水分复合形成坚 硬的包覆层;包覆层的厚度约为0.4 mm; (3) 热处理:将经步骤(2)包覆处理后的物料，在350 °C下进行热处理I h，使得步骤(2) 包覆处理后的物料中的有机粘结剂发生热分解，内核颗粒状物料的结构受到破坏，形成粉 末;外层的无机包覆层形成坚硬的包覆层，保护粉末不漏出来;外层的木质原料烧失，在外 壳表面上形成丰富的空隙结构，有利于形成通道，提高内核活性炭的吸附速率； (4) 筛分:将经步骤(3)热处理后的产品进行冷却，然后筛分，得到不同规格的内核为粉 末的颗粒状活性炭产品。
[0011 ]其中，内核粉状活性炭的重量占54%，外壳多孔无机包覆层的重量占46%。
[0012] 实施例2 一种多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，包括以下步骤： (1) 初步定型:采用0.5wt%的淀粉水溶液与粉末状活性炭混合，然后进行挤出成型，制 得颗粒状物料;淀粉与粉末状活性炭的质量比为〇. 2:1; (2) 包覆:将颗粒状物料置于整形机中，边整形边洒入无机粘结剂和木质原料的混合 物，无机粘结剂和木质原料的混合物与步骤（1)所制得的颗粒状物料中的水分复合形成坚 硬的包覆层;包覆层的厚度约为1.1 mm; (3) 热处理:将经步骤(2)包覆处理后的物料，在300 °C下进行热处理2 h，使得步骤(2) 包覆处理后的物料中的有机粘结剂发生热分解，内核颗粒状物料的结构受到破坏，形成粉 末;外层的无机包覆层形成坚硬的包覆层，保护粉末不漏出来;外层的木质原料烧失，在外 壳表面上形成丰富的空隙结构，有利于形成通道，提高内核活性炭的吸附速率； (4)筛分:将经步骤(3)热处理后的产品进行冷却，然后筛分，得到不同规格的内核为粉 末的颗粒状活性炭产品。
[0013]其中，内核粉状活性炭的重量占36%，外壳多孔无机包覆层的重量占64%。
[0014] 实施例3 一种多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，包括以下步骤： (1) 初步定型：采用0.25wt%的羧甲基纤维素水溶液与粉末状活性炭混合，然后进行挤 出成型，制得颗粒状物料;羧甲基纤维素与粉末状活性炭的质量比为1:1; (2) 包覆:将颗粒状物料置于整形机中，边整形边洒入无机粘结剂和木质原料的混合 物，无机粘结剂和木质原料的混合物与步骤（1)所制得的颗粒状物料中的水分复合形成坚 硬的包覆层;包覆层的厚度约为0.7 mm; (3) 热处理:将经步骤(2)包覆处理后的物料，在400 °C下进行热处理0.5 h，使得步骤 (2)包覆处理后的物料中的有机粘结剂发生热分解，内核颗粒状物料的结构受到破坏，形成 粉末;外层的无机包覆层形成坚硬的包覆层，保护粉末不漏出来;外层的木质原料烧失，在 外壳表面上形成丰富的空隙结构，有利于形成通道，提高内核活性炭的吸附速率； (4) 筛分:将经步骤(3)热处理后的产品进行冷却，然后筛分，得到不同规格的内核为粉 末的颗粒状活性炭产品。
[0015] 其中，内核粉状活性炭的重量占47%，外壳无机包覆层的重量占53%。
[0016] 表1本实施例所制得的多孔外壳的核壳式活性炭的性能测试：
由以上分析可知，3个实施例的内核活性炭的吸附性能均比活性炭原料有小幅增长，说 明该核壳式颗粒活性炭既保留了粉末状活性炭的吸附性能，又具备了颗粒活性炭的强度。
[0017] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:包括以下步骤： (1) 初步定型：采用有机粘结剂水溶液与粉末状活性炭混合，然后进行挤出成型，制得 颗粒状物料； (2) 包覆:在颗粒状物料的外层包覆无机粘结剂/木质原料混合物，形成多孔的无机包 覆层； (3) 热处理:将经步骤(2)包覆处理后的物料，在300-400 °C下进行热处理0.5~3 h; (4) 筛分:将经步骤(3)热处理后的产品进行冷却，然后筛分，得到不同规格的内核为粉 末的多孔外壳的核壳式活性炭产品。2. 根据权利要求1所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:步骤（1) 中有机粘结剂包括羧甲基纤维素、淀粉和糖蜜中的一种或几种的混合物;所述的有机粘结 剂水溶液的质量分数为〇. 01-0.5wt%。3. 根据权利要求1所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:步骤（1) 中有机粘结剂与粉末状活性炭的重量配比为〇. 2~1:1。4. 根据权利要求1所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:步骤(2) 所述的包覆具体为:将颗粒状物料置于整形机中，边整形边洒入无机粘结剂/木质原料混合 物，无机粘结剂/木质原料混合物与步骤(1)所制得的颗粒状物料中的水分复合形成坚硬的 包覆层。5. 根据权利要求1所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:步骤(2) 中所述的无机粘结剂为水泥粉/多孔性无机材料的复合粉体;水泥粉与多孔性无机材料的 重量配比2~6:1。6. 根据权利要求5所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:所述的多 孔性无机材料包括白炭黑、硅藻土或海泡石中的一种或几种的混合物。7. 根据权利要求1所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:步骤(2) 中所述的木质原料为木肩、竹肩、稻壳或果壳类的粉末，其粒径小于0.075 mm。8. 根据权利要求1所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:步骤(2) 中所述的无机粘结剂和木质原料的重量配比为10:0.1~1.5。9. 根据权利要求1所述的多孔外壳的核壳式活性炭的制备方法，其特征在于:步骤(3) 中在350 °C下进行热处理1 h。10. -种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的多孔外壳的核壳式活性炭，其特 征在于：内核为粉末状活性炭，外壳为多孔的无机包覆层；无机包覆层的厚度为0.3~1.5 mm，粉末状活性炭占据外壳壳体容积的百分之五十以上。
【专利摘要】本发明属于成型活性炭的制备领域，具体涉及一种多孔外壳的核壳式活性炭及其制备方法。具体包括以下步骤：（1）初步定型：制得颗粒状物料；（2）包覆：在颗粒状物料外层形成均匀的无机包覆层；（3）热处理：使物料中的有机粘结剂发生热分解，内核颗粒状物料的结构受到破坏，形成粉末；外层的无机包覆层形成坚硬的包覆层，保护粉末不漏出来；外层的木质原料烧失，在外壳表面上形成丰富的空隙结构；（4）筛分。本发明所制得的成型活性炭产品的内核为粉末状活性炭，具有多孔外壳，结合了粉末状活性炭和颗粒状活性炭的优点，既有较高的吸附性能，又有良好的强度，并且操作过程简便，生产成本较低。
【IPC分类】B01J20/20, B01J20/30, B01J20/28
【公开号】CN105664853
【申请号】CN201610085516
【发明人】黄彪, 林冠烽, 蔡政汉, 陈翠霞, 唐丽荣, 卢麒麟, 李涛, 江茂生, 陈学榕, 林咏梅, 陈燕丹, 吕建华, 卢贝丽
【申请人】福建农林大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月15日