/g的活性炭材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于活性炭材料制造領(lǐng)域，特別涉及比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類文明的進步和現(xiàn)代工業(yè)化的飛速發(fā)展，大量的有毒氣體、工業(yè)污水、固體污染物的產(chǎn)生，給人類的生存環(huán)境造成極其嚴(yán)重的危害，特別是工業(yè)垃圾及排污廢水對地表及地下水體的污染，使得本來很短缺的淡水資源受到嚴(yán)重污染，大量S02氣體的排放，造成大面積酸雨，對農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、建筑造成及大危害。過量排放C02氣體，引起溫室效應(yīng)，導(dǎo)致兩極冰川溶化，海平面上升，全球氣候惡劣，自然災(zāi)害頻繁，所有這些引起國際社會的極大重視，各國政府都將環(huán)境保護作為國家持續(xù)發(fā)展的根本保證，對環(huán)境保護的投入逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，1998年全球的環(huán)保市場為6000億美元，目前已經(jīng)超過I萬億美元。有毒氣體和工業(yè)城市污水是造成環(huán)境污染的兩大“元兇”，目前對有毒氣體和工業(yè)城市污水最簡單、有效、廉價的處理方法就是采用活性碳材料吸附法，可以說，活性炭在保護環(huán)境方面具有舉足輕重的作用，是任何其他材料都無法替代的，同時活性炭還在工業(yè)及民用方面廣泛使用，正因為如此，全球市場對活性炭的需求一直呈上升趨勢。
[0003]活性炭具體發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)，除了活性分子篩以外，孔徑分布范圍較廣，具有孔徑大小不同的空隙，能吸附分子大小不同的各種物質(zhì)，同時具體大量的微孔，因而比表面積大，吸附力也大。但目前市場上能連續(xù)批量制備的活性炭比表面積一般低于2300m2/g，主要原因是制造高比表面積的活性炭纖維的活化爐的活化溫度要在1000度以上，普通的鋼制爐體會因高溫塌陷，所以高于2300m2/g的活性炭的連續(xù)制備尤為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種連續(xù)的比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的按照下述方案實現(xiàn):一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料制備方法，以蘭炭原料預(yù)氧化脫水處理、碳化和活化處理，形成具有大量微孔結(jié)構(gòu)、部分晶體石墨化的活性炭材料，且材料的比表面積達到2300m2/g ;所述預(yù)氧化脫水處理是利用低溫，溫度控制在150-250°C，在爐體內(nèi)停留時間為20-30分鐘；所述碳化活化過程的溫度控制在800-1000°C，這樣碳被氧化，形成納米孔洞；上述反應(yīng)的關(guān)鍵是發(fā)明一種獨特的高溫爐結(jié)構(gòu)，爐膽采用厚耐熱不銹鋼，并采用T字形加強筋防止?fàn)t膽變形，爐膽上層采用鋼構(gòu)懸拉防止高溫塌陷，爐膽上方采用覆蓋一層極輕的陶瓷纖維氈以減輕對爐膽的壓力，且保溫效果很好；以上設(shè)計的目的是使?fàn)t溫可升高到1000°C，并可長時間連續(xù)工作，不產(chǎn)生塌爐現(xiàn)象；而且這種結(jié)構(gòu)的爐體保溫性能好，熱效率是普通耐火土材料的數(shù)倍；所述活化溫度應(yīng)控制在:入口為300-500°C，出口為600-800°C，中間600-1000°C ;所述碳化活化工藝反應(yīng)引入了水蒸汽作為氧化劑和隔離空氣介質(zhì)，為此設(shè)計發(fā)明了高壓多管雙向水蒸汽的輸送方式，以保證水蒸氣到達爐體的任何角落，保證碳的均勻氧化刻蝕；同時水蒸汽自下往上均勻分布也保證蘭炭材料在活化過程是浮動活化；同時設(shè)計出了多遍活化的工藝，炭材料的比表面積與材料在爐體中的活化時間成比例關(guān)系，但如果降低蘭炭材料在爐體內(nèi)的牽引速度則會導(dǎo)致材料中斷，生產(chǎn)難以連續(xù)。且一次活化的孔徑結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)孔的嵌套結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用連續(xù)多遍的活化工藝，每次微孔嵌套在上一次的孔徑內(nèi)，從而迅速提高材料的比表面積。
[0006]本發(fā)明實現(xiàn)了活性炭纖維連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)品比表面積達到2300m2/g，反應(yīng)裝置簡捷、實用、節(jié)能、高效，操作和控制方便。
[0007]【附圖說明】:圖1是本發(fā)明爐體的爐膽不意圖;其中，a_俯視圖;b_左視圖;C-偵Ij視圖;1-1:上面；1_2:底面；1_3:加強筋；1_4:吊環(huán)；
圖2是本發(fā)明耐火板視圖，其中，2-1:槽；
圖3是本發(fā)明爐體整體結(jié)構(gòu)一角的剖視圖;圖中，3-1爐膽；3-2加強筋；3-3吊環(huán)；3-4鐵架子；3-5耐火板；3-6電熱絲；3-7耐火土炕臺；3_8蘭炭腹帶；3_9電熱絲；3-10陶瓷纖維氈；3-11陶瓷纖維棉；3-12耐火磚；
圖4是本發(fā)明爐體水蒸汽管路圖;4-1爐膽內(nèi)部；4-2噴氣管；4-3噴氣孔；4-4壓力水蒸氣管路。
【具體實施方式】
[0008]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述:
爐體結(jié)構(gòu):事先用耐火土、磚砌好耐火炕臺，預(yù)制如圖1所示的耐火不銹鋼板爐膽，和如圖2所示的帶槽耐火板；先將爐膽(圖1)放置于耐火土炕上，將帶槽耐火板插入爐膽底下，然后將電熱絲穿入帶槽耐火板的槽內(nèi)，用陶瓷纖維棉覆蓋爐膽的兩側(cè)和頂部，將電熱絲附在陶瓷纖維氈上，做好電器連接電熱絲之間用陶瓷纖維氈條隔開；通過鐵架子將爐膽吊起，成懸空狀；上面再蓋上厚的陶瓷纖維氈，周圍用耐火磚砌好即可。浮動活化:3kg高壓水蒸氣由噴氣管噴出，使材料懸浮于蒸汽之上，由于多根噴氣管作用，而噴氣管上均布這多個三方位的噴氣孔，又有相鄰兩噴氣管上的噴氣孔的位置錯開，隨著材料的勻速通過，使活化過程有效且均勻一致，如圖4所示。以蘭炭原料經(jīng)預(yù)氧化脫水處理、碳化和活化處理，形成具有大量微孔結(jié)構(gòu)、部分晶體石墨化的活性炭纖維材料，且材料的比表面積達到2300m2/g ;預(yù)氧化脫水處理是利用低溫，一般溫度控制在150-250°C，在爐體內(nèi)停留時間為20-30分鐘，碳化活化過程的溫度控制在800-1000°C，這樣碳被氧化，形成納米孔洞；該反應(yīng)的關(guān)鍵是發(fā)明一種獨特的高溫爐結(jié)構(gòu)，爐膽采用10_厚耐熱不銹鋼，并采用T字形加強筋防止?fàn)t膽變形，爐膽上層采用鋼構(gòu)懸拉防止高溫塌陷，爐膽上方采用覆蓋一層極輕的陶瓷纖維氈以減輕對爐膽的壓力，且保溫效果很好；以上設(shè)計的目的是使?fàn)t溫可升高到1000°C，并可長時間連續(xù)工作，不產(chǎn)生塌爐現(xiàn)象；而且這種結(jié)構(gòu)的爐體保溫性能好，熱效率是普通耐火土材料的數(shù)倍；活化溫度應(yīng)控制在:入口為300-500°C，出口為600-800°C，中間為600-1000°C ;碳化活化工藝反應(yīng)引入了水蒸汽作為氧化劑和隔離空氣介質(zhì)，為此設(shè)計發(fā)明了高壓多管雙向水蒸汽的輸送方式，以保證水蒸氣到達爐體的任何角落，保證碳的均勻氧化刻蝕；同時水蒸汽自下往上均勻分布也保證蘭炭材料在活化過程是浮動活化；同時設(shè)計出了多遍活化的工藝，材料的比表面積與材料在爐體中的活化時間成比例關(guān)系，但如果降低纖維材料在爐體內(nèi)的牽引速度則會導(dǎo)致材料斷裂，生產(chǎn)難以連續(xù)。且一次活化的孔徑結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)孔的嵌套結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明采用連續(xù)多遍的活化工藝，每次微孔嵌套在上一次的孔徑內(nèi)，從而迅速提高材料的比表面積。
【主權(quán)項】
1.一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，以蘭炭原料經(jīng)預(yù)氧化脫水處理、碳化和活化處理，形成具有大量微孔結(jié)構(gòu)、部分晶體石墨化的活性炭材料，且材料的比表面積達到2300m2/g。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，其特征在于預(yù)氧化脫水處理是利用低溫在封閉爐體內(nèi)進行，溫度控制在150-250°C，在爐體內(nèi)停留時間為20-30分鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，其特征在于碳化、活化過程的溫度控制在800-1000 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，其特征在于活化碳化的高溫爐結(jié)構(gòu)為:爐膽采用耐熱不銹鋼制作，爐膽采用T字形加強筋防止?fàn)t膽變形，其上層采用鋼構(gòu)懸拉防止高溫塌陷，爐膽上方覆蓋一層輕質(zhì)陶瓷纖維氈以減輕對爐膽的壓力。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，其特征在于活化溫度入口為300-500°C，出口為600-800°C度，中間為600-1000°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，其特征在于活化、碳化的工藝反應(yīng)引入了水蒸汽作為氧化劑和隔離空氣介質(zhì)，采用高壓多管雙向水蒸汽的輸送方式，以保證水蒸氣到達爐體的任何角落，保證碳的均勻氧化刻蝕。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，其特征在于活化、碳化的水蒸汽自下往上均勻分布，保證蘭炭在活化過程是浮動活化。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，其特征在于活化碳化的采用多遍活化的工藝，每次微孔嵌套在上一次的孔徑內(nèi)，從而迅速提高材料的比表面積。
【專利摘要】一種比表面積達到2300m2/g的活性炭材料的制備方法，以蘭炭原料經(jīng)預(yù)氧化脫水處理、碳化和活化處理，形成具有大量微孔結(jié)構(gòu)、部分晶體石墨化的活性炭材料，且材料的比表面積達到2300m2/g。本發(fā)明實現(xiàn)了活性炭連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)品比表面積達到2300m2/g，反應(yīng)裝置簡捷、實用、節(jié)能、高效，操作和控制方便。
【IPC分類】C01B31/10
【公開號】CN104944424
【申請?zhí)枴緾N201510365404
【發(fā)明人】楊學(xué)彥, 楊學(xué)斌
【申請人】寧夏寶塔石化科技實業(yè)發(fā)展有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月29日