一種活性炭顆粒及其制備方法及碳罐的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種活性炭顆粒及其制備方法及碳罐 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及活性炭顆粒的制備方法，特別是涉及一種用于汽油蒸汽吸附回收的活 性炭顆粒及其制備方法及碳罐。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 汽油等輕質(zhì)油品揮發(fā)性強(qiáng)，在存儲(chǔ)、運(yùn)輸及使用過(guò)程中存在著較為嚴(yán)重的油氣蒸 發(fā)損耗問(wèn)題。油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的損耗一般為其加工量的1%。-4%。，既浪費(fèi)了寶貴的石油資 源，又降低了油品質(zhì)量，逸散的油氣又會(huì)促進(jìn)光化學(xué)煙霧的形成，嚴(yán)重影響大氣環(huán)境。
[0003] 利用性能優(yōu)良的吸附劑對(duì)油氣進(jìn)行選擇性吸附，實(shí)現(xiàn)油品蒸汽的吸附回收，是一 種有效的油氣回收技術(shù)，而吸附劑的選取是此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。活性炭是一種疏水性吸附劑， 具有非極性的表面結(jié)構(gòu)，特別適合于從氣體或者液體混合物中進(jìn)行油氣的吸附回收。
[0004] 為防止汽油揮發(fā)而浪費(fèi)燃料和污染環(huán)境，歐洲和美國(guó)早在20世紀(jì)70年代就制定 法律要求在汽車(chē)上安裝裝填活性炭的碳罐對(duì)汽油蒸汽進(jìn)行吸附。我國(guó)從20世紀(jì)80年代 起開(kāi)始這一方面的研究開(kāi)發(fā)及設(shè)備引進(jìn)，并于2006年制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)石油和成品油儲(chǔ)、 運(yùn)、銷(xiāo)售業(yè)及加油站的大氣污染物排放進(jìn)行嚴(yán)格限制。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保及節(jié)能減排的逐步 重視，油氣回收用活性炭將得到極大發(fā)展。用于汽油蒸汽回收的活性炭一般裝填在碳罐中， 安裝在汽車(chē)上。碳罐的工作原理是：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，由化油器、氣缸等處揮發(fā)出的 汽油蒸汽通過(guò)碳罐，被碳罐中的活性炭吸附。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，被吸附的汽油蒸汽隨同被吸入 的空氣脫附，并一同進(jìn)入氣缸燃燒，從而達(dá)到防止汽油蒸發(fā)浪費(fèi)的目的。碳罐所用的活性炭 是控制汽油蒸發(fā)的關(guān)鍵，要求其不僅吸附性能好，而且有較好的脫附性能。
[0005] 現(xiàn)有的有關(guān)油氣回收專(zhuān)用的成型活性炭的制備方法的專(zhuān)利和文獻(xiàn)中，公開(kāi)的制備 方法多通過(guò)高強(qiáng)度擠壓成型或者破碎成型，一方面原料來(lái)源有限，生產(chǎn)耗能大，成本高。另 一方面制備得到的成型活性炭的強(qiáng)度低，顆粒碳形狀不規(guī)則，實(shí)際使用中可能會(huì)存在堆積 密度過(guò)高、背壓大的問(wèn)題。而且，已有大部分制備方法制得的活性炭對(duì)汽油蒸汽的吸附、脫 附速度均較慢。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種活性炭顆粒 的制備方法，制得的活性炭顆粒吸附汽油蒸汽時(shí)的工作容量大，且強(qiáng)度高，對(duì)汽油蒸汽的吸 附、脫附速度均較快。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決：
[0008] -種活性炭顆粒的制備方法，包括以下步驟：1)將10~89. 8wt. %的活性炭粉體、 0. 1~15wt. %的含苯環(huán)的有機(jī)高分子化合物、0. 1~15wt. %的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑和3~60wt. % 的水混合均勻，在25~200°C下捏合0. 1~2h得到活性炭泥；2)將步驟1)得到的活性炭泥 在室溫下擠出成顆粒狀的活性炭泥；3)將步驟2)得到的顆粒狀的活性炭泥在50~IKTC 下干燥0. 5~2h ;4)將步驟3)得到的干燥好的顆粒狀的活性炭在惰性氣體的保護(hù)下，在室 溫下加熱至250~800°C，保溫0. 1~20h，得到最終產(chǎn)物活性炭顆粒。
[0009] -種根據(jù)上述的制備方法制得的活性炭顆粒，所述活性炭顆粒具有微孔-介 孔-大孔的復(fù)合孔徑結(jié)構(gòu)，復(fù)合孔徑結(jié)構(gòu)中微孔為孔徑小于2nm的孔，介孔為孔徑在2nm~ 50nm之間的孔，大孔為孔徑大于50nm的孔；且孔徑在2-~5nm的孔的孔容占總孔容的分 數(shù)在20%~50%。
[0010] -種用于吸附汽油蒸汽的碳罐，所述碳罐中裝填的活性炭為如上所述的活性炭顆 粒。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是：
[0012] 本發(fā)明的活性炭顆粒的制備方法，制備方法中采用步驟1)的混料捏合過(guò)程，輔助 以步驟2)的擠出，并通過(guò)步驟3)干燥以及步驟4)加熱熱處理后制得成型的活性炭顆粒。 制得的活性炭顆粒，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有微孔-介孔-大孔的復(fù)合孔徑結(jié)構(gòu)，且孔徑在2~5nm 的孔的孔容占總孔容的分?jǐn)?shù)在20%~50%。具有該2-~5nm孔的高孔容分?jǐn)?shù)以及復(fù)合孔 徑分布，經(jīng)進(jìn)一步測(cè)試，其工作時(shí)強(qiáng)度高，在95%~99%的范圍（高于現(xiàn)有技術(shù)的95% )， 壽命長(zhǎng)，正丁烷工作容量在8. 5~13g/100g(高于現(xiàn)有技術(shù)的5~8g/100g)。而具有微 孔-介孔-大孔的復(fù)合孔徑結(jié)構(gòu)，微孔可以提高活性炭顆粒的吸附力，介孔可以提高活性炭 顆粒的吸附量，大孔為吸附提供快速通道，使得活性炭顆粒有大的吸附容量的同時(shí)可以加 快油氣的吸脫附速率。本發(fā)明的制備方法，工序簡(jiǎn)單，不需要一般高壓擠壓造粒方法所導(dǎo)致 的成品率低和高耗能。制備時(shí)采用粉狀活性炭為原料，相比于以往的采用木肩、硬質(zhì)果殼或 煤炭為原料的制備方法，粉狀活性炭具有無(wú)需經(jīng)過(guò)碳化和活化步驟所導(dǎo)致的顆粒強(qiáng)度降低 等問(wèn)題，且粉狀活性炭來(lái)源廣泛，成本相對(duì)較低。且僅涉及混料捏合、擠出、干燥、熱處理等 工序，生產(chǎn)成本也較低。 【【附圖說(shuō)明】】
[0013] 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)施例1制得的活性炭顆粒的形貌圖片；
[0014] 圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)施例1制得的活性炭顆粒的孔徑分布圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0015] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，活性炭吸附油氣主要為范德華力引起的非極性物理吸附過(guò)程，吸附 能力與活性炭的比表面積、孔容、孔徑分布等物理結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，碳?xì)浞肿又睆脚c活性炭的 孔徑尺寸愈接近，吸附能力愈強(qiáng)?；钚蕴勘缺砻娣e越高，吸附能力愈強(qiáng)。對(duì)于孔容，理想的 孔徑范圍是微孔上限值至介孔下限值之間的范圍，即2~5nm，因此孔徑范圍在2~5nm的 孔的孔容占總孔容的分?jǐn)?shù)越高，吸附能力愈強(qiáng)。另外，孔徑分布時(shí)，如為單一的孔徑結(jié)構(gòu)，例 如單一的微孔，或者單一的介孔，再或者單一的大孔，吸附效果均不理想。如為復(fù)合的孔徑 結(jié)構(gòu)，微孔可以提高活性炭顆粒的吸附力，介孔可以提高活性炭顆粒的吸附量，大孔為吸附 提供快速通道，使得活性炭顆粒有大的吸附容量的同時(shí)具有快速吸附脫附性能，有助于提 升吸附效果。
[0017] 本【具體實(shí)施方式】的活性炭顆粒的制備方法，包括以下步驟：
[0018] 1)將10~89. 8wt. %的活性炭粉體、0. 1~15wt. %的含苯環(huán)的有機(jī)高分子化合 物、(λ 1~15wt. %的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑和3~60wt. %的水混合均勾，在25~200°C下捏合0· 1~ 2h得到活性炭泥。
[0019] 其中，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑可為粘土、硅酸鈉、偏鋁酸鈉、硅溶膠、鋁溶膠、氫氧化鋁、薄水鋁 石、磷酸鋁、磷酸氫二鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇、氧化鈉、氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣的一種或 多種的混合物。經(jīng)后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑選用由硅膠、氧化鎂和磷酸二氫鋁三者組成的 混合物時(shí)，效果較優(yōu)。
[0020] 含苯環(huán)的有機(jī)高分子化合物可為瀝青、煤焦油、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基 苯磺酸鈉、羧甲基纖維素鈉、淀粉、酚醛樹(shù)脂、阿拉伯樹(shù)脂、石蠟的一種或多種的混合物。經(jīng) 后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有機(jī)高分子化合物選用瀝青、煤焦油或者羧甲基纖維素時(shí)，效果較優(yōu)。
[0021] 該步驟中，制備的原材料選用活性炭粉體、含苯環(huán)的有機(jī)高分子化合物、無(wú)機(jī)粘結(jié) 劑和水四種組分。其中，含苯環(huán)的有機(jī)高分子化合物除了發(fā)揮有機(jī)粘結(jié)劑的作用，還與無(wú)機(jī) 粘結(jié)劑復(fù)合，彼此促進(jìn)。相對(duì)于以往單獨(dú)選用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑或者單獨(dú)選用有機(jī)粘結(jié)劑，同時(shí) 包括有機(jī)高分子化合物和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑時(shí)，有機(jī)高分子化合物和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑除了作為粘結(jié)劑 將碳粉粘結(jié)成一定強(qiáng)度的活性炭顆粒之外，還起