一種多孔外殼的核殼式活性炭及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于成型活性炭的制備領(lǐng)域，具體涉及一種多孔外殼的核殼式活性炭及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 活性炭廣泛應(yīng)用于液相和氣相的吸附、脫色、精制、分離、催化領(lǐng)域，在食品、醫(yī)藥、 化工、環(huán)保等方面有重要意義。社會發(fā)展和科技進(jìn)步對活性炭提出了更高的要求，由最初單 一的粉末活性炭演變出多種新型活性炭制品。與粉末活性炭相比，成型活性炭具有較大的 尺寸和一定形狀，有較高的堆密度與強(qiáng)度，且無粉塵污染。成型活性炭是其中極具前景的一 種。成型活性炭的制備技術(shù)，也在不斷發(fā)展之中，但基本上都屬于粘結(jié)技術(shù)。所謂的粘結(jié)技 術(shù)，就是把粉狀的活性炭用粘接劑粘結(jié)成型，得到一個成型的坯體，然后再炭化活化得到成 型活性炭。粘結(jié)劑的使用不僅會堵塞活性炭的孔隙，降低活性炭的比表面積，從而降低吸附 性能;而且為了提高成型活性炭的強(qiáng)度，必須使用大量的粘結(jié)劑，大量粘結(jié)劑的使用也會增 加生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多孔外殼的核殼式活性炭及其 制備方法。本發(fā)明結(jié)合了粉末狀活性炭和顆粒狀活性炭的優(yōu)點，所制得的成型活性炭產(chǎn)品， 內(nèi)核為粉末狀，外殼為具有豐富的空隙結(jié)構(gòu)的無機(jī)包覆層，保持了粉末狀活性炭具有的較 高的吸附性能，并具有良好的強(qiáng)度;操作過程簡便，生產(chǎn)成本較低。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，包括以下步驟： (1) 初步定型:采用〇. 01-0.5wt%的有機(jī)粘結(jié)劑水溶液與粉末狀活性炭混合，然后進(jìn)行 擠出成型，制得顆粒狀物料;有機(jī)粘結(jié)劑與粉末狀活性炭的重量配比為0.2~1:1; (2) 包覆:將顆粒狀物料置于整形機(jī)中，邊整形邊灑入無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合 物，無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合物與步驟（1)所制得的顆粒狀物料中的水分復(fù)合形成堅 硬的包覆層； (3) 熱處理:將經(jīng)步驟(2)包覆處理后的物料，在300-400 °C下進(jìn)行熱處理0.5~3 h，使 得步驟(2)包覆處理后的物料中的有機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生熱分解，內(nèi)核顆粒狀物料的結(jié)構(gòu)受到破 壞，形成粉末;外層的無機(jī)包覆層形成堅硬的包覆層，保護(hù)粉末不漏出來;外層的木質(zhì)原料 燒失，在外殼表面上形成豐富的空隙結(jié)構(gòu)，有利于形成通道，提高內(nèi)核活性炭的吸附速率； (4) 篩分:將經(jīng)步驟(3)熱處理后的產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，然后篩分，得到不同規(guī)格的內(nèi)核為粉 末的顆粒狀活性炭產(chǎn)品。
[0005] 步驟（1)中所述的有機(jī)粘結(jié)劑包括羧甲基纖維素、淀粉和糖蜜中的一種或幾種的 混合物。
[0006] 步驟(2)中所述的無機(jī)粘結(jié)劑為水泥粉/多孔性無機(jī)材料的復(fù)合粉體;水泥粉與多 孔性無機(jī)材料的重量配比2~6:1; 所述的多孔性無機(jī)材料包括白炭黑、硅藻土或海泡石中的一種或幾種的混合物； 步驟(2)中所述的木質(zhì)原料為木肩、竹肩、稻殼或果殼類的粉末，粒徑小于0.075 mm; 步驟(2)中所述的無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的重量配比為10:0.1~1.5; 優(yōu)選的，步驟(3)中在350 °C下進(jìn)行熱處理I h。
[0007] -種如上所述的制備方法制得的多孔外殼的核殼式活性炭：內(nèi)核為粉末狀活性 炭，外殼為多孔的無機(jī)包覆層;無機(jī)包覆層的厚度為〇. 3~1.5 mm，粉末狀活性炭占據(jù)外殼殼 體容積的百分之五十以上。
[0008] 本發(fā)明的有益效果在于： 本發(fā)明的成型活性炭產(chǎn)品的內(nèi)核為粉末狀的活性炭，而非粘結(jié)的活性炭坯體，不會堵 塞活性炭的孔隙；同時，外殼為具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的無機(jī)包覆層，有利于形成通道，提高內(nèi) 核活性炭的吸附速率;產(chǎn)品既有較高的吸附性能，又有良好的強(qiáng)度;并且操作過程簡便，生 產(chǎn)成本較低，便于批量化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0009] 本發(fā)明用下列實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實 施例。
[0010] 實施例1 一種多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，包括以下步驟： (1) 初步定型：采用〇. Olwt%的羧甲基纖維素水溶液與粉末狀活性炭混合，然后進(jìn)行擠 出成型，制得顆粒狀物料;羧甲基纖維素與粉末狀活性炭的質(zhì)量比為1:1; (2) 包覆:將顆粒狀物料置于整形機(jī)中，邊整形邊灑入無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合 物，無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合物與步驟（1)所制得的顆粒狀物料中的水分復(fù)合形成堅 硬的包覆層;包覆層的厚度約為0.4 mm; (3) 熱處理:將經(jīng)步驟(2)包覆處理后的物料，在350 °C下進(jìn)行熱處理I h，使得步驟(2) 包覆處理后的物料中的有機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生熱分解，內(nèi)核顆粒狀物料的結(jié)構(gòu)受到破壞，形成粉 末;外層的無機(jī)包覆層形成堅硬的包覆層，保護(hù)粉末不漏出來;外層的木質(zhì)原料燒失，在外 殼表面上形成豐富的空隙結(jié)構(gòu)，有利于形成通道，提高內(nèi)核活性炭的吸附速率； (4) 篩分:將經(jīng)步驟(3)熱處理后的產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，然后篩分，得到不同規(guī)格的內(nèi)核為粉 末的顆粒狀活性炭產(chǎn)品。
[0011 ]其中，內(nèi)核粉狀活性炭的重量占54%，外殼多孔無機(jī)包覆層的重量占46%。
[0012] 實施例2 一種多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，包括以下步驟： (1) 初步定型:采用0.5wt%的淀粉水溶液與粉末狀活性炭混合，然后進(jìn)行擠出成型，制 得顆粒狀物料;淀粉與粉末狀活性炭的質(zhì)量比為〇. 2:1; (2) 包覆:將顆粒狀物料置于整形機(jī)中，邊整形邊灑入無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合 物，無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合物與步驟（1)所制得的顆粒狀物料中的水分復(fù)合形成堅 硬的包覆層;包覆層的厚度約為1.1 mm; (3) 熱處理:將經(jīng)步驟(2)包覆處理后的物料，在300 °C下進(jìn)行熱處理2 h，使得步驟(2) 包覆處理后的物料中的有機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生熱分解，內(nèi)核顆粒狀物料的結(jié)構(gòu)受到破壞，形成粉 末;外層的無機(jī)包覆層形成堅硬的包覆層，保護(hù)粉末不漏出來;外層的木質(zhì)原料燒失，在外 殼表面上形成豐富的空隙結(jié)構(gòu)，有利于形成通道，提高內(nèi)核活性炭的吸附速率； (4)篩分:將經(jīng)步驟(3)熱處理后的產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，然后篩分，得到不同規(guī)格的內(nèi)核為粉 末的顆粒狀活性炭產(chǎn)品。
[0013]其中，內(nèi)核粉狀活性炭的重量占36%，外殼多孔無機(jī)包覆層的重量占64%。
[0014] 實施例3 一種多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，包括以下步驟： (1) 初步定型：采用0.25wt%的羧甲基纖維素水溶液與粉末狀活性炭混合，然后進(jìn)行擠 出成型，制得顆粒狀物料;羧甲基纖維素與粉末狀活性炭的質(zhì)量比為1:1; (2) 包覆:將顆粒狀物料置于整形機(jī)中，邊整形邊灑入無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合 物，無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的混合物與步驟（1)所制得的顆粒狀物料中的水分復(fù)合形成堅 硬的包覆層;包覆層的厚度約為0.7 mm; (3) 熱處理:將經(jīng)步驟(2)包覆處理后的物料，在400 °C下進(jìn)行熱處理0.5 h，使得步驟 (2)包覆處理后的物料中的有機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生熱分解，內(nèi)核顆粒狀物料的結(jié)構(gòu)受到破壞，形成 粉末;外層的無機(jī)包覆層形成堅硬的包覆層，保護(hù)粉末不漏出來;外層的木質(zhì)原料燒失，在 外殼表面上形成豐富的空隙結(jié)構(gòu)，有利于形成通道，提高內(nèi)核活性炭的吸附速率； (4) 篩分:將經(jīng)步驟(3)熱處理后的產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，然后篩分，得到不同規(guī)格的內(nèi)核為粉 末的顆粒狀活性炭產(chǎn)品。
[0015] 其中，內(nèi)核粉狀活性炭的重量占47%，外殼無機(jī)包覆層的重量占53%。
[0016] 表1本實施例所制得的多孔外殼的核殼式活性炭的性能測試：
由以上分析可知，3個實施例的內(nèi)核活性炭的吸附性能均比活性炭原料有小幅增長，說 明該核殼式顆粒活性炭既保留了粉末狀活性炭的吸附性能，又具備了顆粒活性炭的強(qiáng)度。
[0017] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) 初步定型：采用有機(jī)粘結(jié)劑水溶液與粉末狀活性炭混合，然后進(jìn)行擠出成型，制得 顆粒狀物料； (2) 包覆:在顆粒狀物料的外層包覆無機(jī)粘結(jié)劑/木質(zhì)原料混合物，形成多孔的無機(jī)包 覆層； (3) 熱處理:將經(jīng)步驟(2)包覆處理后的物料，在300-400 °C下進(jìn)行熱處理0.5~3 h; (4) 篩分:將經(jīng)步驟(3)熱處理后的產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，然后篩分，得到不同規(guī)格的內(nèi)核為粉 末的多孔外殼的核殼式活性炭產(chǎn)品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:步驟（1) 中有機(jī)粘結(jié)劑包括羧甲基纖維素、淀粉和糖蜜中的一種或幾種的混合物;所述的有機(jī)粘結(jié) 劑水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 01-0.5wt%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:步驟（1) 中有機(jī)粘結(jié)劑與粉末狀活性炭的重量配比為〇. 2~1:1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(2) 所述的包覆具體為:將顆粒狀物料置于整形機(jī)中，邊整形邊灑入無機(jī)粘結(jié)劑/木質(zhì)原料混合 物，無機(jī)粘結(jié)劑/木質(zhì)原料混合物與步驟(1)所制得的顆粒狀物料中的水分復(fù)合形成堅硬的 包覆層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(2) 中所述的無機(jī)粘結(jié)劑為水泥粉/多孔性無機(jī)材料的復(fù)合粉體;水泥粉與多孔性無機(jī)材料的 重量配比2~6:1。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:所述的多 孔性無機(jī)材料包括白炭黑、硅藻土或海泡石中的一種或幾種的混合物。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(2) 中所述的木質(zhì)原料為木肩、竹肩、稻殼或果殼類的粉末，其粒徑小于0.075 mm。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(2) 中所述的無機(jī)粘結(jié)劑和木質(zhì)原料的重量配比為10:0.1~1.5。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔外殼的核殼式活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(3) 中在350 °C下進(jìn)行熱處理1 h。10. -種如權(quán)利要求1-9任一項所述的制備方法制得的多孔外殼的核殼式活性炭，其特 征在于：內(nèi)核為粉末狀活性炭，外殼為多孔的無機(jī)包覆層；無機(jī)包覆層的厚度為0.3~1.5 mm，粉末狀活性炭占據(jù)外殼殼體容積的百分之五十以上。
【專利摘要】本發(fā)明屬于成型活性炭的制備領(lǐng)域，具體涉及一種多孔外殼的核殼式活性炭及其制備方法。具體包括以下步驟：（1）初步定型：制得顆粒狀物料；（2）包覆：在顆粒狀物料外層形成均勻的無機(jī)包覆層；（3）熱處理：使物料中的有機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生熱分解，內(nèi)核顆粒狀物料的結(jié)構(gòu)受到破壞，形成粉末；外層的無機(jī)包覆層形成堅硬的包覆層，保護(hù)粉末不漏出來；外層的木質(zhì)原料燒失，在外殼表面上形成豐富的空隙結(jié)構(gòu)；（4）篩分。本發(fā)明所制得的成型活性炭產(chǎn)品的內(nèi)核為粉末狀活性炭，具有多孔外殼，結(jié)合了粉末狀活性炭和顆粒狀活性炭的優(yōu)點，既有較高的吸附性能，又有良好的強(qiáng)度，并且操作過程簡便，生產(chǎn)成本較低。
【IPC分類】B01J20/20, B01J20/30, B01J20/28
【公開號】CN105664853
【申請?zhí)枴緾N201610085516
【發(fā)明人】黃彪, 林冠烽, 蔡政漢, 陳翠霞, 唐麗榮, 盧麒麟, 李濤, 江茂生, 陳學(xué)榕, 林詠梅, 陳燕丹, 呂建華, 盧貝麗
【申請人】福建農(nóng)林大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月15日