專利名稱：一種炭顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及炭加工領(lǐng)域，尤其涉及炭顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
炭具有多孔結(jié)構(gòu)和吸附特性，可用于汗水、口水及和污染氣體等吸附，能改善環(huán) 境，促進(jìn)人的睡眠。隨著人民環(huán)保意識(shí)和健康意識(shí)的增強(qiáng)，竹炭更廣泛應(yīng)用到枕頭、床墊、坐 墊、室內(nèi)空氣凈化等領(lǐng)域。但由于炭易碎，加工過程有許多粉狀炭粉，在用作床上用品時(shí)有 的還存在著炭粉滲漏等現(xiàn)象。1991年日本開始研制竹醋液，就竹炭和竹醋液的應(yīng)用進(jìn)行有益的探索。竹醋液是 由竹炭及其加工剩余物熱解后收集得到的氣體在常溫下冷凝成的紅褐色或茶褐色液體產(chǎn) 物，含有機(jī)酸、酚類、酮類、醛類、醇類及雜環(huán)類等近300種成分。竹醋液具有高吸附性，有除 臭、殺菌等功效。CN200610052739. 2公開了 “一種炭珠的制備方法及炭珠的用途”，將竹炭粉、竹木 焦油和淀粉混合制備而成。然而，該產(chǎn)品硬度大，并且竹木焦油具有較重的焦煙味，用于床 上用品時(shí)會(huì)使人難以入睡；選用淀粉作為粘合劑，影響炭的吸附性能，最終使制成的炭珠不 具有所需的吸附能力、抗靜電能力和屏蔽電磁波能力?，F(xiàn)有技術(shù)也有使用記憶性海綿填充炭制備枕頭，但是炭炭容易滲漏，加入量有 限制；并且在將炭粉制成炭顆粒中其他常用的粘合劑如糊精、明膠等也影響炭的吸附能力、 抗靜電能力等性質(zhì)，因此有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種炭顆粒及其制備方法，能夠制備抗靜電能力強(qiáng)、屏蔽電 磁波能力強(qiáng)、吸附能力高、不易掉粉的炭顆粒。一種炭顆粒，包含炭粉35-80重量份、有機(jī)酸15-55重量份，所述炭顆粒在空氣相 對(duì)濕度80%、甲醛含量0. 8ppm的空間中放置Mh，增重m以上。炭粉與有機(jī)酸混合制備的炭顆粒，驅(qū)除了現(xiàn)有技術(shù)使用竹木焦油制備炭顆粒帶來 的焦煙味，應(yīng)用在生活家居中能帶來抗靜電能力強(qiáng)、屏蔽電磁波能力強(qiáng)、吸附能力高、不易 掉粉、清潔干凈。本發(fā)明選用竹炭粉和竹醋制備炭顆粒，結(jié)合并加強(qiáng)了竹木醋液和竹木炭粉的吸附 性、抗靜電能力、屏蔽電磁波能力的優(yōu)點(diǎn)。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一種優(yōu)選，所述的炭顆粒還包括5-10份助劑。添加5-10%重量助劑能進(jìn)一步改善炭顆粒的硬度和掉粉現(xiàn)象，并且不影響炭粉和 有機(jī)酸的原有性質(zhì)；最后制得硬度適中、不掉粉不滲漏、抗靜電能力強(qiáng)、屏蔽電磁波能力強(qiáng) 和吸附能力高的炭顆粒。作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，所述炭顆粒包含炭粉74份、有機(jī)酸20份和助 劑6份，攪拌均勻。
作為本發(fā)明技術(shù)方案的更進(jìn)一步優(yōu)選，所述的助劑包括粘合劑、固化劑、增韌劑。更優(yōu)選地，所述的粘合劑為陶土、硅藻土或羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)中的一種或 幾種。更優(yōu)選地，所述的固化劑為戊二醛或二乙烯基三胺(DETA)；所述的增韌劑為氯化 聚乙烯(CPE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或聚酰胺樹脂。本發(fā)明選擇的粘合劑既能使?jié)B透了有機(jī)酸的炭粉有效粘結(jié)在一起，不易掉粉；又 避免了炭粉結(jié)塊、吸附性能受影響的缺點(diǎn)。一種炭顆粒制備方法，依次包括以下步驟
a.按重量份混合35-80份炭粉和15-55份有機(jī)酸；
b.常溫存放5-8h，使有機(jī)酸充分滲透炭粉；
c.將有機(jī)酸充分滲透過的炭粉機(jī)械擠壓成炭顆粒；
d.將炭顆粒烘干3- ！。作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的炭粉為竹炭粉，有機(jī)酸為竹醋，所述的 竹炭粉和竹醋通過以下方法制得
(1)在立式移動(dòng)床中從頂部加入經(jīng)過截?cái)嗯楹统醪礁稍锏闹褡?，竹子憑借重力逐漸 下移，依次經(jīng)歷干燥區(qū)、預(yù)炭化區(qū)、炭化區(qū)、煅燒區(qū)和冷卻區(qū)，炭化區(qū)產(chǎn)生的熱解氣體自下而 上在干燥區(qū)與竹子逆流或者錯(cuò)流使竹子干燥并達(dá)到炭化溫度，熱解氣體從頂部排出進(jìn)入竹 醋液冷凝器，冷凝得竹醋液；控制所述燃燒區(qū)不同位置的溫度差進(jìn)行階梯式升溫，使竹子下 移過程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以5-15°C/min的速率升溫至700-750°C并保溫40-80min，然后再以 5-15°C /min的速率升溫至1000-1500°C并保溫2_8h ；
(2)將上步制得的竹炭制得炭粉，收集上步獲得的竹醋。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一種優(yōu)選，所述步驟c是將炭粉擠壓成型成片狀、球狀、圓 柱形或方形。更有選地，所述步驟c是將炭粉擠壓成圓球狀。所述球狀炭顆粒的粒徑優(yōu)選為 1-2 μ m0使用粒徑為1_2μπι的球狀炭顆粒，可以在制備家居生活用品如放于抽屜或衣柜的 炭包、記憶性海綿枕頭時(shí)使硬度適中，炭顆粒不易滲漏、填充量更多。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果
1、制得不帶焦煙味、硬度適中、不掉粉不滲漏、抗靜電能力強(qiáng)、屏蔽電磁波能力強(qiáng)和吸 附能力高的炭顆粒；
2、研究設(shè)計(jì)的制備工藝簡(jiǎn)單易操作，適于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是制備本發(fā)明竹炭和竹醋的炭化立式移動(dòng)床的溫度控制系統(tǒng)示意圖。其中， A-干燥區(qū)；B-預(yù)炭化區(qū)；C-炭化區(qū)；D-煅燒區(qū)；E-冷卻區(qū)；F-帶CPU的溫度感應(yīng) 裝置；dl/d2/d3-助燃物導(dǎo)入孔；tl/t2/t3-測(cè)溫點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
炭顆粒制備
4木炭粉(上海海諾炭業(yè)有限公司)，100目，占總重量80份； 醋酸(含酸量40%)，占總重量20份。按上述重量份混合木炭粉和醋酸，常溫存放他后，再經(jīng)成型機(jī)擠壓經(jīng)醋酸充分滲 透的木炭粉，在80°C烘箱中烘干5h，制成直徑為5 μ m的片狀炭顆粒。檢測(cè)
電阻檢測(cè)用木炭精煉計(jì)測(cè)定炭顆粒電阻值，平均值為10 Ω/cm ； 吸附性能檢測(cè)按照 GB/T18204. 26-2000, GB/T18204. 25-2000、GB/T12496. 5-1999 測(cè) 定所得木炭顆粒的吸附性，包括吸濕、吸附有害氣體如甲醛、氨、苯、甲苯、二氯甲烷和四氯 化碳等毒害氣體和水質(zhì)凈化。通過計(jì)算竹炭質(zhì)量變化情況，得到竹炭吸附率和吸附動(dòng)態(tài)變 化過程。IOOg本發(fā)明的片狀木炭顆粒和IOOg市場(chǎng)上的普通炭顆粒放在新裝修房間中(空氣 相對(duì)濕度80%，甲醛含量1. lppm) Mh，稱重后得本發(fā)明炭顆粒102g，即增重2%，房間內(nèi)甲醛 濃度下降到0. Ippm以下；而普通炭顆粒最多增重0. 5g。電磁波屏蔽性能檢測(cè)按照中華人民共和國電子行業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)SJ20524-1995電 磁屏蔽襯墊屏蔽質(zhì)量的測(cè)量方法測(cè)定，頻譜分析儀顯示本發(fā)明的片狀木炭顆粒電磁波屏蔽 能力達(dá)30分貝；而市場(chǎng)上的普通炭顆粒電磁波屏蔽能力為20分貝以下。表面強(qiáng)度S測(cè)試炭顆粒的掉粉現(xiàn)象主要是由于表面抗張強(qiáng)度不夠引起的。S=2F。/
(沉 hd)；
式中，S:抗張強(qiáng)度(MPa)，F(xiàn)c:硬度(N)，d:片徑(mm)，h:片厚(mm)。測(cè)得，本發(fā)明的片狀木炭顆粒S為0. 5MPa，而市場(chǎng)上的普通炭顆粒S為0. IMPa0本發(fā)明的片狀木炭顆粒吸濕后在含水率約為10%的情況下的掉粉實(shí)驗(yàn)用電子天 平稱量1000. OOg炭顆粒，平鋪在白色綢布上，放入JB 20034-2004藥用旋渦振動(dòng)式篩分 機(jī)，振動(dòng)30min，取出炭顆粒。肉眼觀察，白色綢布上無炭粉掉落；用電子天平稱量，炭顆粒 為999. 9g,減少0. 1%。，證明幾乎不掉粉。而市場(chǎng)上的普通炭顆粒同樣條件掉粉測(cè)試后，減重5%以上，掉粉較嚴(yán)重。
實(shí)施例二 炭顆粒制備
竹炭粉200目，電阻值平均為0. 5 Ω /cm, PH值7，占總重量74份； 竹醋含酸量5%，占總重量20份；
助劑粘合劑CMC-Na占總重量2份；固化劑DETA占總重量2份；增韌劑CPE占總重 量2份。按上述重量份混合竹炭粉、竹醋和助劑，常溫存放證后，再經(jīng)成型機(jī)擠壓經(jīng)竹醋 充分滲透的竹炭粉，在100°c烘箱中烘干3h，制成粒徑為Iym的圓形炭顆粒。檢測(cè)
所得炭顆粒用萬用表檢測(cè)電阻值平均為0. 4 Ω/cm ；
吸附性能檢測(cè)100g本發(fā)明的片狀木炭顆粒放在新裝修房間(相對(duì)濕度90%，甲醛含量 0. 8ppm，苯含量0. 5ppm)中24h，稱重后得105g。電磁波屏蔽性能檢測(cè)頻譜分析儀顯示本發(fā)明的片狀木炭顆粒電磁波屏蔽能力達(dá) 35分貝。
本發(fā)明的圓形竹炭顆粒表面強(qiáng)度S測(cè)試得0. SMPa0而市場(chǎng)上的普通炭顆粒同樣條件測(cè)試后，電磁波屏蔽最高為22分貝，表面強(qiáng)度S 最高位0. 47MPa。
實(shí)施例三
竹炭和竹醋是通過以下方法制得
如圖1所示，竹子干餾炭化的立式移動(dòng)床分為干燥區(qū)A、預(yù)炭化區(qū)B、炭化區(qū)C、煅燒區(qū)D 和冷卻區(qū)E。煅燒區(qū)D—側(cè)分布有許多可以調(diào)節(jié)開啟或閉合的小孔，如dl、d2、d3等，另一 側(cè)對(duì)應(yīng)有各個(gè)小孔處的測(cè)溫點(diǎn)如tl、t2、t3等，各小孔處溫度通過與該測(cè)溫點(diǎn)連接的溫度
感應(yīng)裝置F顯示。(1)在立式移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率39%的竹片(長(zhǎng)約36cm)， 各測(cè)溫點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)A為150°C，預(yù)炭化區(qū)B為275°C，炭化區(qū)C為450°C，升溫時(shí)觀測(cè)圖 1所示D區(qū)即燃燒區(qū)不同位置的溫度，當(dāng)燃燒區(qū)某處如d2的溫度過低時(shí)，打開該處的小孔， 導(dǎo)入空氣就地就近燃燒，使該處溫度升高，控制竹子下移過程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)溫度以5°C / min的速率升溫至700°C并保溫40min，然后再以5°C /min的速率從700°C升溫至1100°C并 保溫池，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自然冷卻，出料溫度為40°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天(不 包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭；
(2)將上步制得的竹炭研磨制得炭粉，收集上步獲得的竹醋。炭顆粒制備
竹炭粉200目，電阻值平均為0. 4 Ω /cm, PH值7，占總重量35份； 竹醋含酸量6%，占總重量55份；
助劑粘合劑硅藻土占總重量6份；固化劑戊二醛占總重量1份；增韌劑EVA占總重 量3份。按上述重量份混合竹炭粉、竹醋和助劑，常溫存放他后，再經(jīng)成型機(jī)擠壓經(jīng)竹醋 充分滲透的竹炭粉，在100°C烘箱中烘干4h，制成粒徑為2μπι的圓形炭顆粒。檢測(cè)所得炭顆粒電阻值平均為0. 3 Ω/cm ；
吸附性能檢測(cè)100g本發(fā)明的片狀木炭顆粒放在空氣(相對(duì)濕度90%)中Mh，稱重后得 107g。電磁波屏蔽性能檢測(cè)頻譜分析儀顯示本發(fā)明的片狀木炭顆粒電磁波屏蔽能力達(dá) 42分貝。本發(fā)明的圓形竹炭顆粒表面強(qiáng)度S測(cè)試得1. IMPa0本發(fā)明的圓形竹炭顆粒吸濕后在含水率約為5%的情況下的掉粉實(shí)驗(yàn)用電子天 平稱量1000. OOg炭顆粒，平鋪在白色綢布上，放入JB 20034-2004藥用旋渦振動(dòng)式篩分 機(jī)，振動(dòng)30min，取出炭顆粒。肉眼觀察，白色綢布上無炭粉掉落；用電子天平稱量，炭顆粒 為999. 98g,減少0. 02%。，證明幾乎不掉粉。
實(shí)施例四
竹炭和竹醋是通過以下方法制得(1)在16管連體的列管移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率35%的孟宗竹片 (長(zhǎng)約40cm)，各測(cè)溫點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)A為150°C，預(yù)炭化區(qū)B為275°C，炭化區(qū)C為450°C， 升溫時(shí)從外燃式導(dǎo)入部分燃燒氣，使燃燒區(qū)溫度以12°C /min的速率升溫至720°C并保溫 60min，然后再以12°C /min的速率從720°C升溫至1000°C并保溫6h，在1000°C區(qū)噴入二氧 化碳30min，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自然冷卻，出料溫度為20°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8天 (不包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭；
(2)將上步制得的竹炭研磨制得炭粉，收集上步獲得的竹醋。炭顆粒制備
竹炭粉240目，電阻值平均為0. 3 Ω /cm, PH值7，占總重量80份； 竹醋含酸量4%，占總重量15份；
助劑粘合劑陶土占總重量2份；固化劑DETA占總重量1份；增韌劑聚酰胺樹脂占總
重量2份。按上述重量份混合竹炭粉、竹醋和助劑，常溫存放幾后，再經(jīng)成型機(jī)擠壓經(jīng)竹醋 充分滲透的竹炭粉，在90°C烘箱中烘干3h，制成直徑為2 μ m的柱形炭顆粒。檢測(cè)
所得炭顆粒電阻值平均為0. 2 Ω/cm ；
吸附性能檢測(cè)100g本發(fā)明的片狀木炭顆粒放在新裝修客廳(相對(duì)濕度9096，甲醛含量 0.9ppm，甲苯含量0.8ppm，氨含量0. 4ppm)中24h，稱重后得lllg，房間內(nèi)甲醛濃度下降到 0. 05ppm 以下。電磁波屏蔽性能檢測(cè)頻譜分析儀顯示本發(fā)明的片狀木炭顆粒電磁波屏蔽能力達(dá) 45分貝。本發(fā)明的圓形竹炭顆粒表面強(qiáng)度S測(cè)試得1. 3MPa。
實(shí)施例五
竹炭和竹醋是通過以下方法制得
(1)在16管連體的列管移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率30%的孟宗竹片 (長(zhǎng)約40cm)，各測(cè)溫點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)200°C，預(yù)炭化區(qū)270°C，炭化區(qū)500°C，升溫時(shí)從外 燃式導(dǎo)入部分燃燒氣，使燃燒區(qū)溫度以15°C/min的速率升溫至750°C并保溫80min，然后再 以15°C /min的速率從750°C升溫至1500°C并保溫8h，在1500°C區(qū)噴入水蒸氣60min，竹炭 冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自然冷卻，出料溫度為30°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8天(不包括溫爐時(shí) 間)后取出竹炭；
(2)將上步制得的竹炭研磨制得炭粉，收集上步獲得的竹醋。炭顆粒制備
竹炭粉240目，電阻值平均為0. 4 Ω /cm, PH值7，占總重量60份； 竹醋含酸量4%，占總重量35份； 助劑粘合劑CMC-Na占總重量5份；
按上述重量份混合竹炭粉、竹醋和助劑，常溫存放證后，再經(jīng)成型機(jī)擠壓經(jīng)竹醋充分 滲透的竹炭粉，在70°C烘箱中烘干5h，制成直徑為1.5μπι的方形炭顆粒。檢測(cè)
7所得炭顆粒電阻值平均為0. 25 Ω/cm ；
吸附性能檢測(cè)IOOg本發(fā)明的片狀木炭顆粒放在新裝修客廳(相對(duì)濕度9096，甲醛含量 0. 9ppm，苯含量0. 6ppm, 二氯甲烷含量0. 7ppm)中24h,稱重后得107g。電磁波屏蔽性能檢測(cè)頻譜分析儀顯示本發(fā)明的片狀木炭顆粒電磁波屏蔽能力達(dá) 38分貝。本發(fā)明的圓形竹炭顆粒表面強(qiáng)度S測(cè)試得0. 7MPa。
權(quán)利要求
1.一種炭顆粒，其特征在于包含炭粉35-80重量份、有機(jī)酸15-55重量份，所述炭顆 粒在空氣相對(duì)濕度80%、甲醛含量0. 8ppm的空間中放置Mh，增重m以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭顆粒，其特征在于所述的炭粉為竹炭粉，有機(jī)酸為 竹醋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭顆粒，其特征在于還包括5-10份助劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種炭顆粒，其特征在于所述炭顆粒包含炭粉74份、有機(jī) 酸20份和助劑6份。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種炭顆粒，其特征在于所述的助劑包括粘合劑、固化劑、 增韌劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種炭顆粒，其特征在于所述的粘合劑為陶土、硅藻土或 羧甲基纖維素鈉中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭顆粒制備方法，依次包括以下步驟a.按重量份混合35-80份炭粉和15-55份有機(jī)酸；b.常溫存放5-8h，使有機(jī)酸充分滲透炭粉；c.將有機(jī)酸充分滲透過的炭粉機(jī)械擠壓成炭顆粒；d.將炭顆粒烘干3- ！。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種炭顆粒制備方法，其特征在于所述的炭粉為竹炭粉， 有機(jī)酸為竹醋，所述的竹炭粉和竹醋通過以下方法制得(1)在立式移動(dòng)床中從頂部加入經(jīng)過截?cái)嗯楹统醪礁稍锏闹褡?，竹子憑借重力逐漸 下移，依次經(jīng)歷干燥區(qū)、預(yù)炭化區(qū)、炭化區(qū)、煅燒區(qū)和冷卻區(qū)，炭化區(qū)產(chǎn)生的熱解氣體自下而 上在干燥區(qū)與竹子逆流或者錯(cuò)流使竹子干燥并達(dá)到炭化溫度，熱解氣體從頂部排出進(jìn)入竹 醋液冷凝器，冷凝得竹醋液；控制所述燃燒區(qū)不同位置的溫度差進(jìn)行階梯式升溫，使竹子下 移過程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以5-15°C/min的速率升溫至700-750°C并保溫40-80min，然后再以 5-15°C /min的速率升溫至1000-1500°C并保溫2_8h ；(2)將上步制得的竹炭制得炭粉，收集上步獲得的竹醋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種炭顆粒制備方法，其特征在于所述步驟c擠壓成型為 圓球狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種炭顆粒制備方法，其特征在于所述圓球狀炭顆粒的 粒徑為1-2 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及炭加工領(lǐng)域，尤其涉及炭顆粒及其制備方法。本發(fā)明提供了一種炭顆粒，包含炭粉35-80重量份、有機(jī)酸15-55重量份，所述炭顆粒在空氣相對(duì)濕度80%、甲醛含量0.8ppm的空間中放置24h，增重2%以上。本發(fā)明還提供了一種炭顆粒制備方法，依次包括以下步驟a.按重量份混合35-80份炭粉和15-55份有機(jī)酸；b.常溫存放5-8h，使有機(jī)酸充分滲透炭粉；c.將有機(jī)酸充分滲透過的炭粉機(jī)械擠壓成炭顆粒；d．將炭顆粒烘干3-5h。本發(fā)明能制得不帶焦煙味、硬度適中、不掉粉不滲漏、抗靜電能力強(qiáng)、屏蔽電磁波能力強(qiáng)和吸附能力高的炭顆粒；研究設(shè)計(jì)的制備工藝簡(jiǎn)單易操作，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102092705SQ20101058257
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者丁建中 申請(qǐng)人:浙江建中竹業(yè)科技有限公司