一种活性炭及其制备方法与流程

本发明涉及环境工程材料
技术领域：
，具体涉及一种活性炭及其制备方法。
背景技术：
：海上漏油事故频频发生，造成巨大的经济损失之余还会给生态带来毁灭性的灾难。有专家表示，石油这种富含环芳烃化合物的能源，可在哺乳动物或鸟类等生物体内转化为毒性更强的物质，甚至引起dna突变，使生物体的生育能力减退，严重者可患上癌症。更有专家表示，油污可以陷进沉积物中，危害数十年甚至更长时间。此外，海上溢油事故发生后，石油经光催化氧化、光化学氧化反应或与氧作用能够生成醛、酮等可溶性中间产物，并进一步通过氧化还原反应生成苯类含毒性物质，对生物体产生巨大危害。目前，处理海上溢油多以油污吸附毡吸附等方法为主，但是吸油毡只能对非乳化油、其他漂浮以及不混溶液体等物质进行吸附，而对于醛、酮等可溶性中间产物缺乏吸附能力，在海水净化方面效果不好。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种活性炭及其制备方法，采用本发明提供的方法制备得到的活性炭不仅可以有效吸附非乳化油、其他漂浮以及不混溶液体等物质，还可以对溢油发生氧化反应后生成的可溶性物质进行有效吸附，对溢油污染的海水具有较好的净化效果。本发明提供了一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将第一煤种和第二煤种混合，得到混合煤种，所述第一煤种的灰分＜3wt％，挥发分的含量为27wt％～29wt％，且粘结指数为5～9；所述第二煤种的灰分＜2wt％，挥发分的含量为30wt％～37wt％，且粘结指数为10～20；(2)将所述步骤(1)得到的混合煤种进行第一分选，得到粒度为4～8mm，且堆比重为600～650g/l的第一分选料；(3)将所述步骤(2)得到的第一分选料进行炭化，得到炭化料；(4)将所述步骤(3)得到的炭化料进行第二分选，得到粒度为3.3～8mm，且堆比重为300～320g/l的第二分选料；(5)将所述步骤(4)得到的第二分选料进行活化，得到活化料；(6)将所述步骤(5)得到的活化料进行第三分选，得到粒度为2～8mm，且堆比重为210～260g/l的活性炭。优选的，所述步骤(1)中第一煤种和第二煤种的质量比为(4～19)：1。优选的，所述步骤(3)中炭化包括初步炭化和深度炭化。优选的，所述初步炭化的温度为150～300℃，初步炭化的时间为0.5～1h；升温至所述初步炭化的温度的升温速率为3～6℃/min。优选的，所述深度炭化的温度为450～550℃，深度炭化的时间为2～3h；升温至所述深度炭化的温度的升温速率为5～10℃/min。优选的，所述步骤(5)中活化包括初步活化和深度活化。优选的，所述初步活化在水蒸汽气氛中进行，初步活化的温度为600～800℃，初步活化的时间为3～5h。优选的，其特征在于，所述深度活化在水蒸汽与烟气的混合气氛中进行，深度活化的温度为850～950℃，深度活化的时间为65～70h。优选的，所述混合气氛中水蒸汽与烟气的体积比为1：(2.3～9)。本发明提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的活性炭，所述活性炭的堆比重为210～260g/l，粒度为2～8mm。本发明提供了一种活性炭的制备方法，将第一煤种和第二煤种混合，得到混合煤种，所述第一煤种的灰分＜3wt％，挥发分的含量为27wt％～29wt％，且粘结指数为5～9；所述第二煤种的灰分＜2wt％，挥发分的含量为30wt％～37wt％，且粘结指数为10～20；将得到的混合煤种进行第一分选，得到粒度为4～8mm，且堆比重为600～650g/l的第一分选料；将所述第一分选料进行炭化；将得到的炭化料进行第二分选，得到粒度为3.3～8mm，且堆比重为300～320g/l的第二分选料；将所述第二分选料进行活化；将得到的活化料进行第三分选，得到粒度为2～8mm，且堆比重为210～260g/l的活性炭。对本发明提供的活性炭进行孔容积和比表面积检测，结果表明，所述活性炭的孔容积为0.75～0.85cm3/g，比表面积为1050m2/g。采用本发明提供的方法制备得到的活性炭不仅可以有效吸附非乳化油、其他漂浮以及不混溶液体等物质，还可以对溢油发生氧化反应后生成的醛、酮等可溶性中间产物进行有效吸附。对本发明提供的活性炭进行溢油吸附测试，实验结果表明，经本发明提供的活性炭吸附后，样品中苯系物含量为2.36ppm，低于国家规定的海水中苯系物含量2.5ppm的限定。此外，去污能力测试实验结果表明，本发明提供的活性炭对溢油的去污能力达到99％以上。附图说明图1为本发明实施例3中1#活性炭的脱附曲线；图2为本发明实施例3中2#活性炭的脱附曲线；图3为本发明实施例3中3#活性炭的脱附曲线。具体实施方式本发明提供了一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将第一煤种和第二煤种混合，得到混合煤种，所述第一煤种的灰分＜3wt％，挥发分的含量为27wt％～29wt％，且粘结指数为5～9；所述第二煤种的灰分＜2wt％，挥发分的含量为30wt％～37wt％，且粘结指数为10～20；(2)将所述步骤(1)得到的混合煤种进行第一分选，得到粒度为4～8mm，且堆比重为600～650g/l的第一分选料；(3)将所述步骤(2)得到的第一分选料进行炭化，得到炭化料；(4)将所述步骤(3)得到的炭化料进行第二分选，得到粒度为3.3～8mm，且堆比重为300～320g/l的第二分选料；(5)将所述步骤(4)得到的第二分选料进行活化，得到活化料；(6)将所述步骤(5)得到的活化料进行第三分选，得到粒度为2～8mm，且堆比重为210～260g/l的活性炭。采用本发明提供的方法制备得到的活性炭不仅可以有效吸附非乳化油、其他漂浮以及不混溶液体等物质，还可以对溢油发生氧化反应后生成的可溶性物质进行有效吸附。本发明将第一煤种和第二煤种混合，得到混合煤种，所述第一煤种的灰分＜3wt％，挥发分的含量为27wt％～29wt％，且粘结指数为5～9；所述第二煤种的灰分＜2wt％，挥发分的含量为30wt％～37wt％，且粘结指数为10～20。在本发明中，所述第一煤种和第二煤种的质量比优选为(4～19)：1，更优选为(6～15)：1，最优选为(9～13)：1。将第一煤种和第二煤种混合前，本发明优选将第一煤种和/或第二煤种进行破碎，得到第一籽煤和/或第二籽煤；所述第一籽煤和第二籽煤的粒度优选独立为4～8mm，更优选为5～7mm。本发明对于所述破碎的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的破碎的技术方案即可。本发明优选采用西蒙斯圆锥破碎机对所述第一煤种进行破碎。完成所述破碎后，本发明优选对得到的第一籽煤和/或第二籽煤进行干燥。本发明优选将所述第一籽煤和/或第二籽煤独立干燥至水分含量为4.8wt％～5.2wt％。本发明对于所述干燥的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。本发明优选采用φ1.5m、长15m的转炉对所述第一籽煤和/或第二籽煤进行干燥。得到混合媒种后，本发明将所述混合媒种进行第一分选，得到粒度为4～8mm，且堆比重为600～650g/l的第一分选料。本发明对于所述第一分选的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的分选的技术方案即可。在本发明中，所述第一分选优选包括第一筛分和第一分级。本发明对于筛分和分级的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的筛分和分级的技术方案即可。本发明优选将所述混合物料通过振动筛进行第一筛分，得到粒度为4～8mm的第一筛分料；然后利用tqsf重力分级去石机，将所述第一筛分料进行第一分级，得到粒度为4～8mm，且堆比重为600～650g/l的第一分选料。得到第一分选料后，本发明将所述第一分选料进行炭化，得到炭化料。在本发明中，所述炭化优选在隔绝空气的条件下进行。在本发明中，所述炭化优选包括初步炭化和深度炭化。在本发明中，所述初步炭化的温度优选为150～300℃，更优选为200～250℃；所述初步炭化的时间优选为0.5～1h；升温至所述初步炭化的温度的升温速率优选为3～6℃/min，更优选为4～5℃/min。在本发明中，所述深度炭化的温度优选为450～550℃，更优选为480～520℃；所述深度炭化的时间优选为2～3h；升温至所述深度炭化的温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为6～8℃/min。得到炭化料后，本发明将所述炭化料进行第二分选，得到粒度为3.3～8mm，且堆比重为300～320g/l的第二分选料。本发明对于所述第二分选的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的分选的技术方案即可。在本发明中，所述第二分选优选包括第二筛分和第二分级。本发明对于筛分和分级的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的筛分和分级的技术方案即可。本发明优选将所述炭化料通过振动筛进行第二筛分，得到粒度为3.3～8mm的第二筛分料；然后利用5tzx-50重力分级机，将所述第二筛分料进行第二分级，得到粒度为3.3～8mm，且堆比重为300～320g/l的第二分选料。得到第二分选料后，本发明将所述第二分选料进行活化。在本发明中，所述活化优选包括初步活化和深度活化。在本发明中，所述初步活化优选在水蒸汽气氛中进行。在本发明中，所述初步活化的温度优选为600～800℃，更优选为650～750℃；所述初步活化的时间优选为3～5h，更优选为3.5～4.5h。在本发明中，所述深度活化优选在水蒸汽与烟气的混合气氛中进行；所述混合气氛中水蒸汽与烟气的体积比优选为1：(2.3～9)，更优选为1：(4～7)。本发明对于所述烟气没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于对活性炭进行活化的烟气即可。在本发明的实施例中，所述烟气具体包括2％的so2、15％的n2、2％的o2、13％的co、28％的co2及碳氢化合物和40％的氮氧化合物。在本发明中，所述深度活化的温度优选为850～950℃，更优选为880～920℃；所述深度活化的时间优选为65～70h，更优选为67～69h。本发明对于所述活化所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的活化设备即可。在本发明的实施例中，具体采用斯利普活化炉进行所述活化。得到活化料后，本发明将所述活化料进行第三分选，得到粒度为2～8mm，且堆比重为210～260g/l的活性炭。本发明对于所述第三分选的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的分选的技术方案即可。在本发明中，所述第三分选优选包括第三筛分和第三分级。本发明对于筛分和分级的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的筛分和分级的技术方案即可。本发明优选将所述活化料通过振动筛进行第三筛分，得到粒度为2～8mm的第三筛分料；然后利用5tzx-50重力分级机，将所述第三筛分料进行第三分级，得到粒度为2～8mm，且堆比重为210～260g/l的活性炭。本发明提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的活性炭，所述活性炭的堆比重为210～260g/l，粒度为2～8mm。下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1(1)采用西蒙斯圆锥破碎机对80kg第一煤种和20kg第二煤种分别进行破碎，得到粒度为4～8mm的第一籽煤和第二籽煤；采用φ1.5m、长15m的转炉对所述第一籽煤和第二籽煤干燥至水分含量为5.0wt％，将干燥后的第一籽煤和第二籽煤混合，得到混合煤种；其中，所述第一煤种的灰分为2wt％，挥发分为28wt％，且粘结指数为8；所述第二煤种的灰分为1wt％，挥发分为30wt％，且粘结指数为12；(2)将步骤(1)得到的混合煤种通过2目和4目振动筛进行第一筛分，得到粒度为4.7～8mm的第一筛分料；然后利用tqsf重力分级去石机，将所述第一筛分料进行第一分级，去除堆比重大于650g/l和堆比重小于600的物料，得到粒度为4.7～8mm，且堆比重为620g/l的第一分选料；(3)在隔绝空气的条件下，以5℃/min的升温速率将步骤(2)得到的第一分选料升温至200℃，并在200℃下进行初步炭化1h，然后以10℃/min的升温速率将所得物料升温至500℃，并在500℃下进行深度炭化2.5h，得到炭化料；(4)将步骤(3)得到的炭化料通过2目和4目振动筛进行第二筛分，得到粒度为4.7～8mm的第二筛分料；然后利用5tzx-50重力分级机，将所述第二筛分料进行第二分级，去除堆比重大于320g/l和堆比重小于300g/l的物料，得到粒度为4.7～8mm，且堆比重为310g/l的第二分选料；(5)将步骤(4)得到的第二分选料置于采用斯利普活化炉中，在水蒸汽气氛中于600℃温度下初步活化3h，然后在水蒸汽与烟气的混合气氛中于900℃温度下深度活化67h，得到活化料；其中，所述混合气氛中水蒸汽与烟气的体积比为15：85，所述烟气包括2％的so2、15％的n2、2％的o2、13％的co、28％的co2及碳氢化合物和40％的氮氧化合物；(6)将步骤(5)得到的活化料通过2目和4目振动筛进行第三筛分，得到粒度为4.7～8mm的第三筛分料；然后利用5tzx-50重力分级机，将所述第三筛分料进行第三分级，去除堆比重大于260g/l和堆比重小于210g/l的物料，得到粒度为4.7～8mm，且堆比重为230g/l的活性炭。实施例2(1)采用西蒙斯圆锥破碎机对85kg第一煤种和15kg第二煤种分别进行破碎，得到粒度为5～7mm的第一籽煤和第二籽煤；采用φ1.5m、长15m的转炉对所述第一籽煤和第二籽煤干燥至水分为4.8wt％，将干燥后的第一籽煤和第二籽煤混合，得到混合煤种；其中，所述第一煤种的灰分为2wt％，挥发分为29wt％，且粘结指数为9；所述第二煤种的灰分为1wt％，挥发分为37wt％，且粘结指数为20；(2)将步骤(1)得到的混合物料通过2目和5目振动筛进行第一筛分，得到粒度为4～8mm的第一筛分料；然后利用tqsf重力分级去石机，将所述第一筛分料进行第一分级，去除堆比重大于650g/l和堆比重小于610的物料，得到粒度为4～8mm，且堆比重为630g/l的第一分选料；(3)在隔绝空气的条件下，以6℃/min的升温速率将步骤(2)得到的第一分选料升温至300℃，并在300℃下进行初步炭化0.5h，然后以7℃/min的升温速率将所得物料升温至550℃，并在550℃下进行深度炭化3h，得到炭化料；(4)将步骤(3)得到的炭化料通过2目和5目振动筛进行第二筛分，得到粒度为4～8mm的第二筛分料；然后利用5tzx-50重力分级机，将所述第二筛分料进行第二分级，去除堆比重大于320g/l和堆比重小于270g/l的物料，得到粒度为4～8mm，且堆比重为300g/l的第二分选料；(5)将步骤(4)得到的第二分选料置于采用斯利普活化炉中，在水蒸汽气氛中于800℃温度下初步活化4h，然后在水蒸汽与烟气的混合气氛中于850℃温度下深度活化69h，得到活化料；其中，所述混合气氛中水蒸汽与烟气的体积比为20：80，所述烟气包括2％的so2、15％的n2、2％的o2、13％的co、28％的co2及碳氢化合物和40％的氮氧化合物；(6)将步骤(5)得到的活化料通过2目和5目振动筛进行第三筛分，得到粒度为4～8mm的第三筛分料；然后利用5tzx-50重力分级机，将所述第三筛分料进行第三分级，去除堆比重大于260g/l和堆比重小于230g/l的物料，得到粒度为4～8mm，且堆比重为250g/l的活性炭。实施例3根据gb/t7702.20-1997规定的方法，利用汞置换和氦置换组合法对本发明实施例1制备的活性炭的孔容积进行检测：分别准确称取实施例1制备的活性炭2.2000g、2.2001g和2.2000g，分别编号为a#、b#和c#进行测试，结果见表1。表1实施1制备的活性炭的孔容积数据样品编号a#b#c#真密度d1(g/cm3)0.31360.31280.3123颗粒密度d2(g/cm3)0.25010.25020.2499孔容积v(cm3/g)0.810.800.80由表1可知，所测样品的孔容积分别为0.81cm3/g、0.80cm3/g和0.80cm3/g，孔容积的平均值为0.80cm3/g。多次重复上述实验，结果表明，本发明提供的活性炭的孔容积为0.75～0.85cm3/g。采用动态氮吸附比表面积测试仪对实施例1制备的活性炭的比表面积进行检测，具体是采用以氦气作为载气、氮气作为被吸附气体(即测试气体)的双气源动态测试法对所述活性炭的比表面积进行分析处理。待测样品的前处理包括以下步骤：将实施例1制备的活性炭在150℃的烘箱中干燥120min，取出冷却后磨制成粉状(保证90％的活性炭能够通过325目筛)，分别准确称取所得活性炭粉末0.0984g、0.0645g和0.0645g，分别编号为1#、2#和3#，在25℃的环境温度下进行单点测试，1#、2#和3#样品的脱附曲线见图1～3。测试结果表明，1#、2#和3#样品的比表面积分别为：1050m2/g、1053m2/g和1046m2/g，比表面积平均值为1050m2/g。多次重复上述实验，结果表明，本发明提供的活性炭的比表面积平均值为1050m2/g。根据astmf726-12标准《吸附材料吸附性能标准测试方法》规定的方法对本发明实施例1制备的活性炭的去污能力进行测试，结果表明，本发明提供的活性炭的去污能力达到99％以上。将本发明实施例1制备的活性炭对石油进行吸附实验，并与现有技术中普通油污吸附毡进行对比，具体包括以下步骤：普通光照条件下，在硼硅酸盐玻璃制的直径19cm、深度10cm、附有表面皿或玻璃片盖子的结晶皿中加入海水和石油混合液(海水和石油的体积比为85：15)2l，加入65g实施例1制备的活性炭，在搅拌速率为150rpm的条件下搅拌5min后，水面油污已经被完全吸附；捞取吸附有油污的活性炭后，水面干净，水中没有分散的小油滴和其它下沉物。在同等条件下，利用四块6cm×6cm、厚度2.5cm的普通油污吸附毡进行去污能力测试，在搅拌速率为150rpm的条件下搅拌5min后，水面仍存在大部分油污；继续搅拌5min后静置1h，水面油污约90％被吸附，水面上留有未被吸附的浮油，且有下沉小油滴存在。光照条件下，石油经化学反应能够生成醛、酮等可溶性中间产物，并进一步迅速通过氧化还原反应生成苯类含毒性物质。因此，本发明通过检测海水样品中苯类含毒性物质的含量，判断本发明提供的活性炭及普通油污吸附毡对醛、酮等可溶性中间产物的吸附情况。将采用本发明提供的活性炭吸附的海水样品编号为a#，采用普通油污吸附毡吸附的海水样品编号为b#。由于光照时间越长，海水样品中生成的醛、酮等可溶性中间产物越多，进而导致生成的苯类含毒性物质越多。为了保证a#海水样品与b#海水样品从吸附开始到吸附结束接受光照的时间相同，将a#海水样品吸附结束后静置，至b#海水样品吸附结束后，将所得a#海水样品与b#海水样品一同进行苯系物含量检测，具体采用gb11895-89乙酰化虑纸层析-荧光分光光度法对所得a#海水样品与b#海水样品进行检测。结果表明，所得a#海水样品中苯系物为2.36ppm，低于国家规定的海水中苯系物含量2.5ppm的限定，而所得b#海水样品中苯系物为3.81ppm，明显高于国家规定的海水中苯系物含量限定值。从以上实施例可以看出，采用本发明提供的方法制备得到的活性炭不仅可以有效吸附非乳化油、其他漂浮以及不混溶液体等物质，还可以对溢油发生氧化反应后生成的醛、酮等可溶性中间产物进行有效吸附，经本发明提供的活性炭吸附后，样品中苯系物含量为2.36ppm，低于国家规定的海水中苯系物含量2.5ppm的限定。此外，去污能力测试实验结果表明，本发明提供的活性炭对溢油的去污能力达到99％以上。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12