本发明涉及低湿密度颗粒竹活性炭的制备方法,属于活性炭制备技术领域。
背景技术:
中国是世界上竹材产量最高的国家。竹子具有生长速度快、砍伐后可继续生长的特点,是一种低成本的环保材料。近年来全世界范围都开始重视对竹材资源的开发和有效利用。它广泛应用于建筑业,造纸业、板材加工业等。对竹材资源的多元化应用不仅会带来巨大的经济效益,还能促进我国资源利用的可持续发展。
以竹材为原料制成的颗粒竹活性炭具有孔隙发达、比表面积大、机械强度高、吸附性能好等优点,可作为水处理工艺中的微生物载体。未经活化的竹炭颗粒干密度一般为0.4~0.6g/cm3,吸水达到平衡后湿密度达到1.2~1.3g/cm3,比表面积小于100m2/g,未经活化的颗粒竹炭湿密度明显大于水,且气液交换比小,交换速率慢,这都不利于将其作为悬浮生物填料。经本方法改性而成的低湿密度颗粒竹活性炭具有发达的空隙结构,密度更接近于水,气液交换比大,气液交换速率快,是一种新型的水处理悬浮填料。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种低湿密度颗粒竹活性炭的制备方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:一种低湿密度颗粒竹活性炭的制备方法,其特征主要在于以下步骤:
a)将竹材切片碳化;
b)得到的片状竹炭切割成毫米级别的正方形颗粒竹炭,于15~35%浓度的koh溶液中浸渍24~48h,其中koh与竹炭的质量比例为2~4:1;
c)将浸渍好的竹炭在氮气保护下先进行低温活化,再进行高温活化,活化分为低温活化温度为350~450℃,时间为30~60min,高温活化温度为700~900℃,时间为30~90min;
d)将制得的竹活性炭用去离子水反复洗涤至中性,烘干至衡重置于干燥处储藏。
作为优选的技术方案,所述步骤c)中升温速率为10℃/min,活化完成后的降温速率为10℃/min,降温终点为100℃,待降至常温后取出。
作为优选的技术方案,所述步骤c)中碳化温度为300~500℃,碳化时间为3~5h。
作为优选的技术方案,所述步骤d)中烘干温度为105~125℃。
作为优选的技术方案,所述步骤b)中的浸渍温度为60~80℃,浸渍容器密封,浸渍过程在数显恒温水浴锅中进行。
作为优选的技术方案,步骤c)中活化过程在管式炉中进行,氮气通气量为60~100ml/min。
作为优选的技术方案,步骤b)正方形颗粒竹炭边长的为4~7mm。
本发明以竹材作为生产原料,具有来源广泛、成本低、不破坏生态环境等优点,是一种低成本的环境友好型材料。将片状竹炭切割成小颗粒的正方形颗粒竹炭,有利于其作为填料的应用,活化时采取先低温活化,再高温活化的方式,有效提高颗粒竹活性炭的微孔比表面积、微孔孔容和疏松程度,制备出来的颗粒竹活性炭孔隙发达,比表面积高,平衡时颗粒湿密度较低,气液交换比较大,气液交换速率加快,在适当的曝气条件下可作为水处理中的悬浮填料,发达的空隙结构也有利于水处理中填料表面微生物的生长。
附图说明
图1为本方法实例1制得的颗粒竹活性炭的湿密度变化图;
图2为本方法实例2制得的颗粒竹活性炭的湿密度变化图;
图3为本方法实例3制得的颗粒竹活性炭的湿密度变化图;
图4为本方法实例1制得的颗粒竹活性炭的n2吸附等温线图;
图5为本方法实例2制得的颗粒竹活性炭的n2吸附等温线图;
图6为本方法实例3制得的颗粒竹活性炭的n2吸附等温线图。
具体实施方式
实施例1
a)将竹材切片置于马弗炉中以300℃碳化4h;
b)将有一定机械强度的片状竹炭切割成边长为7mm的正方形颗粒竹炭,于15%浓度的koh溶液中浸渍48h,其中koh与竹炭的比例为3:1,浸渍温度为60℃,浸渍容器密封,浸渍过程在数显恒温水浴锅中进行;
c)用管式炉以10℃/min的升温速率将浸渍好的竹炭在氮气保护下进行活化,氮气通气量为60ml/min。活化分为350℃低温活化和900℃高温活化两个部分,低温活化时间为60min,高温活化时间为60min,低温活化和高温活化连续进行,通过管式炉程序控温,活化完成后的降温速率为10℃/min,降温终点为100℃,待降至常温后取出;
d)将制得的竹活性炭用去离子水反复洗涤至中性,并在105℃烘干至衡重置于干燥处储藏。
由此法制得的颗粒竹活性炭平均湿密度为:1.1558g/cm3,气液交换比为:1.5276g/g,气液交换14天密度开始大于水,平均比表面积为:274.0639m2/g。
实施例2
a)将竹材切片置于马弗炉中以300℃碳化5h;
b)将有一定机械强度的片状竹炭切割成边长为4mm的正方形颗粒竹炭,于35%浓度的koh溶液中浸渍36h,其中koh与竹炭的比例为4:1,浸渍温度为80℃,浸渍容器密封,浸渍过程在数显恒温水浴锅中进行;
c)用管式炉以10℃/min的升温速率将浸渍好的竹炭在氮气保护下进行活化,氮气通气量为100ml/min。活化分为450℃低温活化和800℃高温活化两个部分,低温活化时间为45min,高温活化时间为30min。低温活化和高温活化连续进行,通过管式炉程序控温,活化完成后的降温速率为10℃/min,降温终点为100℃,待降至常温后取出;
d)将制得的竹活性炭用去离子水反复洗涤至中性,并在105℃烘干至衡重置于干燥处储藏。
由此法制得的颗粒竹活性炭平均湿密度为:1.1523g/cm3,气液交换比为:2.2174g/g,气液交换9天密度开始大于水,平均比表面积为:302.1421m2/g。
实施例3
a)将竹材切片置于马弗炉中以500℃碳化3h;
b)将有一定机械强度的片状竹炭切割成边长为5mm的正方形颗粒竹炭,于25%浓度的koh溶液中浸渍24h,其中koh与竹炭的比例为4:1,浸渍温度为60℃,浸渍容器密封,浸渍过程在数显恒温水浴锅中进行;
c)用管式炉以10℃/min的升温速率将浸渍好的竹炭在氮气保护下进行活化,氮气通气量为60ml/min。活化分为400℃低温活化和700℃高温活化两个部分,低温活化时间为30min,高温活化时间为90min。低温活化和高温活化连续进行,通过管式炉程序控温,活化完成后的降温速率为10℃/min,降温终点为100℃,待降至常温后取出;
d)将制得的竹活性炭用去离子水反复洗涤至中性,并在115℃烘干至衡重置于干燥处储藏。
由此法制得的颗粒竹活性炭平均湿密度为:1.1758g/cm3,气液交换比为:1.9734g/g,气液交换11天密度开始大于水,平均比表面积为:218.1324m2/g。