一種煙氣脫硫籠狀活性炭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煙氣脫硫籠狀活性炭的制備方法，屬于活性炭合成領域。本發(fā)明采用廉價易得的絲瓜絡為原料，先用氫氧化鈉溶液浸泡，再用次氯酸鈣漂白，經發(fā)酵后，采用冰箱冷凍和高溫烘箱的驟冷驟熱方式干燥，配合球磨，對絲瓜絡纖維進行消晶化處理，提高其反應活性，將其制成漿料作為原料，再以環(huán)己烷和三氯甲烷為混合油相，吐溫60為乳化劑，過硫酸銨為引發(fā)劑，與水相混合，在加熱條件下反應，生成籠狀纖維，再經高溫炭化得到煙氣脫硫籠狀活性炭。本發(fā)明所得籠狀活性炭是一種新型活性炭材料，表面有較多孔洞存在，且其內部有較大的腔洞，其流體力學性能優(yōu)秀，在煙氣脫硫中具有廣闊的應用前景。
【專利說明】
一種煙氣脫硫籠狀活性炭的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明公開了一種煙氣脫硫籠狀活性炭的制備方法，屬于活性炭合成領域。
【背景技術】
[0002]活性炭是一種常用吸附劑，因其具有發(fā)達的空襲結構，化學性質穩(wěn)定，有大量優(yōu)質表面官能團等性質，在工業(yè)上有著很廣泛的應用。隨著活性炭應用領域的不斷擴大，應用專一性日益增強，促進了活性炭制備技術的發(fā)展。而常規(guī)活性炭已不能滿足諸多領域的特殊要求，因此，近年來，國內外研究開發(fā)了多種新型活性炭材料。
[0003]二氧化硫和酸雨造成的環(huán)境污染已成為制約我國社會經濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素，煙氣脫硫是解決二氧化硫和酸雨污染問題的重要技術手段?；钚蕴繜煔饷摿蚣夹g具有脫硫劑消耗量少，運行費用低，設備相對較小，工藝流程簡單，和脫硫的同時可以回收硫資源等優(yōu)點，具有良好的應用前景。
[0004]目前，在活性炭煙氣脫硫技術中運用較多的活性炭材料主要是傳統(tǒng)顆?；钚蕴浚趯嶋H使用過程中，存在的最突出的問你就是在填充床中的阻力大，因此研究開發(fā)新型的活性炭煙氣脫硫材料對于解決現行活性炭法脫硫技術中存在的問題具有重要的作用。
[0005]纖維素是地球上最豐富的天然高分子材料，隨著石油資源的日益短缺纖維素作為可再生資源受到愈來愈廣泛地關注。然而由于纖維素具有結晶區(qū)和非晶區(qū)共存的復雜超分子結構，分子內和分子間存在大量很強的氫鍵，使得纖維素的溶解性能和反應性能下降，限制了纖維素在工業(yè)上的進一步高效利用。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術問題:針對活性炭煙氣脫硫技術所使用的傳統(tǒng)活性炭在使用過程中出現的，將活性炭置于填充床后，流體阻力增大，造成能耗損失增大，工業(yè)生產成本升高的問題，提供了一種煙氣脫硫籠狀活性炭的制備方法，本發(fā)明采用廉價易得的絲瓜絡為原料，先用氫氧化鈉溶液浸泡，再用次氯酸鈣漂白，經發(fā)酵后，采用冰箱冷凍和高溫烘箱的驟冷驟熱方式干燥，配合球磨，對絲瓜絡纖維進行消晶化處理，提高其反應活性，將其制成漿料作為原料，再以環(huán)己烷和三氯甲烷為混合油相，吐溫60為乳化劑，過硫酸銨為引發(fā)劑，與水相混合，在加熱條件下反應，生成籠狀纖維，再經高溫炭化得到煙氣脫硫籠狀活性炭。本發(fā)明所得籠狀活性炭是一種新型活性炭材料，表面有較多孔洞存在，且其內部有較大的腔洞，其流體力學性能優(yōu)秀，在煙氣脫硫中具有廣闊的應用前景。
[0007 ]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
(1)稱取I?2kg絲瓜絡，將其投入組織粉碎機中，粉碎處理10?20min，隨后將所得絲瓜絡組織碎塊浸入濃度為0.6?0.8mol/L氫氧化鈉溶液中浸泡2?4h，取出，自然風干，再將風干后的碎塊用質量濃度為5?8%次氯酸鈣溶液漂洗20?30min，取出，再將其轉入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵6?8天，取出，用去離子水洗滌3?5次，得絲瓜絡纖維濕料；
(2)在不銹鋼容器中，加入100?200g上述所得絲瓜絡纖維濕料，再將不銹鋼容器轉入-20?-18°C冰箱中冷凍2?4h，隨后將燒杯迅速轉入120?140 °C烘箱中，干燥處理30?50min，出料，自然冷卻至室溫后，將干燥后的絲瓜絡纖維轉入球磨機，按球料比I: 15加入球磨珠，調節(jié)球磨機轉速至400?600r/min，球磨處理20?30min，出料，得消晶化纖維粉末；
(3)稱取40?60g上述所得消晶化纖維粉末，加入盛有100?120mL去離子水的燒杯中，用磁力攪拌器以600?800r/min轉速攪拌混合5?1min，得纖維楽料，備用；
(4)量取100?120mL三氯甲烷，與400?440mL環(huán)己烷互溶，用玻璃棒充分攪拌均勻后，得油相溶液；
(5)在盛有80?10mL去離子水的反應釜中，依次加入油相溶液200?400mL，3?5mL吐溫60，6?8mL環(huán)氧氯丙烷和3?5g過硫酸銨，開啟反應釜加熱器，加熱升溫至40?60°C，啟動攪拌器，調節(jié)轉速至600?800r/min，在恒溫攪拌條件下，以2?4mL/min速率向反應爸中滴加60?80mL步驟(3)備用纖維漿料，待滴加完畢后，繼續(xù)恒溫攪拌反應3?5h，離心，收集下層沉淀，并將沉淀物轉入95?105°C烘箱中，干燥至恒重，得籠狀纖維粉末；
(6)將上述所得籠狀纖維粉末轉入管式電阻爐中，先以4?6mL/min速率通入氮氣，并置換出所有空氣，再以3?5°C/min速率逐步升溫至220?280°C，在氮氣保護狀態(tài)下，炭化處理20?40min，再以8?10°C/min速率逐步升溫至480?500°C，繼續(xù)炭化40?60min，隨后以2?4mL/min速率通入二氧化碳氣體，活化處理20?30min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得煙氣脫硫籠狀活性炭。
[0008]本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭的物理性質:本發(fā)明所得籠狀活性炭顆粒呈現球形或類球形，表面粗糙不光滑，且有較多孔洞存在，顆粒中心有較大的腔洞，顆粒粒徑在2?15μπι之間，顆粒中位徑為8.5?8.8μπι，籠狀纖維素顆粒的平均孔徑為45.2?45.Snm，比表面積為4000 ?5000m2/g。
[0009]本發(fā)明的具體應用方法:取本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭，取代傳統(tǒng)活性炭，按30?60mm裝填高度裝填于填充床中，調節(jié)空速至2800?3200m3/h，測定壓降及脫硫率，其壓降僅為傳統(tǒng)活性炭的1/10?1/8，脫硫率為90?95%，相比傳統(tǒng)活性炭提高了20%以上。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明利用絲瓜絡為原材料，提高了絲瓜絡的使用價值，為農民增加收入來源；
(2)本發(fā)明所得籠狀活性炭流體性能較常規(guī)活性炭大大提高，節(jié)約了能耗，使工業(yè)煙氣脫硫工藝成本降低，具有廣闊的市場應用前景。
【具體實施方式】
[0011]稱取I?2kg絲瓜絡，將其投入組織粉碎機中，粉碎處理10?20min，隨后將所得絲瓜絡組織碎塊浸入濃度為0.6?0.8mol/L氫氧化鈉溶液中浸泡2?4h，取出，自然風干，再將風干后的碎塊用質量濃度為5?8%次氯酸鈣溶液漂洗20?30min，取出，再將其轉入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵6?8天，取出，用去離子水洗滌3?5次，得絲瓜絡纖維濕料;在不銹鋼容器中，加入100?200g上述所得絲瓜絡纖維濕料，再將不銹鋼容器轉入-20?-18°C冰箱中冷凍2?4h，隨后將燒杯迅速轉入120?140°C烘箱中，干燥處理30?50min，出料，自然冷卻至室溫后，將干燥后的絲瓜絡纖維轉入球磨機，按球料比I: 15加入球磨珠，調節(jié)球磨機轉速至400?600r/min，球磨處理20?30min，出料，得消晶化纖維粉末;稱取40?60g上述所得消晶化纖維粉末，加入盛有100?120mL去離子水的燒杯中，用磁力攪拌器以600?800r/min轉速攪拌混合5?1min，得纖維漿料，備用；量取100?120mL三氯甲烷，與400?440mL環(huán)己烷互溶，用玻璃棒充分攪拌均勻后，得油相溶液;在盛有80?10mL去離子水的反應釜中，依次加入油相溶液200?400mL，3?5mL吐溫60，6?8mL環(huán)氧氯丙烷和3?5g過硫酸銨，開啟反應釜加熱器，加熱升溫至40?60°C，啟動攪拌器，調節(jié)轉速至600?800r/min，在恒溫攪拌條件下，以2?4mL/min速率向反應釜中滴加60?80mL步驟(3)備用纖維漿料，待滴加完畢后，繼續(xù)恒溫攪拌反應3?5h，離心，收集下層沉淀，并將沉淀物轉入95?105°C烘箱中，干燥至恒重，得籠狀纖維粉末;將上述所得籠狀纖維粉末轉入管式電阻爐中，先以4?6mL/min速率通入氮氣，并置換出所有空氣，再以3?5°C/min速率逐步升溫至220?280°C，在氮氣保護狀態(tài)下，炭化處理20?40min，再以8?10°C/min速率逐步升溫至480?50CTC，繼續(xù)炭化40?60min，隨后以2?4mL/min速率通入二氧化碳氣體，活化處理20?30min，隨爐冷卻至室溫，出料，SP得煙氣脫硫籠狀活性炭。
[0012]實例I
稱取Ikg絲瓜絡，將其投入組織粉碎機中，粉碎處理lOmin，隨后將所得絲瓜絡組織碎塊浸入濃度為0.6?0.8mol/L氫氧化鈉溶液中浸泡2h，取出，自然風干，再將風干后的碎塊用質量濃度為5%次氯酸鈣溶液漂洗20min，取出，再將其轉入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵6天，取出，用去離子水洗滌3次，得絲瓜絡纖維濕料;在不銹鋼容器中，加入10g上述所得絲瓜絡纖維濕料，再將不銹鋼容器轉入_20°C冰箱中冷凍2h，隨后將燒杯迅速轉入120°C烘箱中，干燥處理30min，出料，自然冷卻至室溫后，將干燥后的絲瓜絡纖維轉入球磨機，按球料比I: 15加入球磨珠，調節(jié)球磨機轉速至400r/min，球磨處理20min，出料，得消晶化纖維粉末;稱取40g上述所得消晶化纖維粉末，加入盛有10mL去離子水的燒杯中，用磁力攪拌器以600r/min轉速攪拌混合5min，得纖維漿料，備用;量取I OOmL三氯甲烷，與400mL環(huán)己烷互溶，用玻璃棒充分攪拌均勻后，得油相溶液;在盛有80mL去離子水的反應釜中，依次加入油相溶液200mL，3mL吐溫60，6mL環(huán)氧氯丙烷和3g過硫酸銨，開啟反應釜加熱器，加熱升溫至40 V，啟動攪拌器，調節(jié)轉速至600r/min，在恒溫攪拌條件下，以2mL/min速率向反應爸中滴加60mL備用纖維楽料，待滴加完畢后，繼續(xù)恒溫攪拌反應3h，離心，收集下層沉淀，并將沉淀物轉入95 °C烘箱中，干燥至恒重，得籠狀纖維粉末;將上述所得籠狀纖維粉末轉入管式電阻爐中，先以4mL/min速率通入氮氣，并置換出所有空氣，再以3°C/min速率逐步升溫至220°C，在氮氣保護狀態(tài)下，炭化處理20min，再以8°C/min速率逐步升溫至480°C，繼續(xù)炭化40min，隨后以2mL/min速率通入二氧化碳氣體，活化處理20min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得煙氣脫硫籠狀活性炭。
[0013]本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭的物理性質:本發(fā)明所得籠狀活性炭顆粒呈現球形或類球形，表面粗糙不光滑，且有較多孔洞存在，顆粒中心有較大的腔洞，顆粒粒徑為4μm，顆粒中位徑為8.5μπι，籠狀纖維素顆粒的平均孔徑為45.2nm，比表面積為4000m2/g。
[0014]本發(fā)明的具體應用方法:取本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭，取代傳統(tǒng)活性炭，按30mm裝填高度裝填于填充床中，調節(jié)空速至2800m3/h，測定壓降及脫硫率，其壓降僅為傳統(tǒng)活性炭的1/8，脫硫率為90%，相比傳統(tǒng)活性炭提高了 20%以上。
[0015]實例2
稱取1.5kg絲瓜絡，將其投入組織粉碎機中，粉碎處理15min，隨后將所得絲瓜絡組織碎塊浸入濃度為0.7mo 1/L氫氧化鈉溶液中浸泡3h，取出，自然風干，再將風干后的碎塊用質量濃度為6%次氯酸鈣溶液漂洗25min，取出，再將其轉入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵7天，取出，用去離子水洗滌4次，得絲瓜絡纖維濕料;在不銹鋼容器中，加入160g上述所得絲瓜絡纖維濕料，再將不銹鋼容器轉入-19 °C冰箱中冷凍3h，隨后將燒杯迅速轉入130 0C烘箱中，干燥處理40min，出料，自然冷卻至室溫后，將干燥后的絲瓜絡纖維轉入球磨機，按球料比I: 15加入球磨珠，調節(jié)球磨機轉速至500r/min，球磨處理25min，出料，得消晶化纖維粉末;稱取50g上述所得消晶化纖維粉末，加入盛有IlOmL去離子水的燒杯中，用磁力攪拌器以700r/min轉速攪拌混合Smin，得纖維漿料，備用;量取11OmL三氯甲烷，與420mL環(huán)己烷互溶，用玻璃棒充分攪拌均勻后，得油相溶液;在盛有90mL去離子水的反應釜中，依次加入油相溶液300mL，4mL吐溫60，7mL環(huán)氧氯丙烷和4g過硫酸銨，開啟反應釜加熱器，加熱升溫至50 V，啟動攪拌器，調節(jié)轉速至700r/min，在恒溫攪拌條件下，以3mL/min速率向反應爸中滴加70mL備用纖維楽料，待滴加完畢后，繼續(xù)恒溫攪拌反應4h，離心，收集下層沉淀，并將沉淀物轉入100 °C烘箱中，干燥至恒重，得籠狀纖維粉末;將上述所得籠狀纖維粉末轉入管式電阻爐中，先以5mL/min速率通入氮氣，并置換出所有空氣，再以4°C/min速率逐步升溫至260°C，在氮氣保護狀態(tài)下，炭化處理30min，再以9°C/min速率逐步升溫至490°C，繼續(xù)炭化50min，隨后以3mL/min速率通入二氧化碳氣體，活化處理25min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得煙氣脫硫籠狀活性炭。
[0016]本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭的物理性質:本發(fā)明所得籠狀活性炭顆粒呈現球形或類球形，表面粗糙不光滑，且有較多孔洞存在，顆粒中心有較大的腔洞，顆粒粒徑為Sm，顆粒中位徑為8.6μπι，籠狀纖維素顆粒的平均孔徑為45.4nm，比表面積為4200m2/g。
[0017]本發(fā)明的具體應用方法:取本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭，取代傳統(tǒng)活性炭，按45mm裝填高度裝填于填充床中，調節(jié)空速至3000m3/h，測定壓降及脫硫率，其壓降僅為傳統(tǒng)活性炭的1/9，脫硫率為92%，相比傳統(tǒng)活性炭提高了 20%以上。
[0018]實例3
稱取2kg絲瓜絡，將其投入組織粉碎機中，粉碎處理20min，隨后將所得絲瓜絡組織碎塊浸入濃度為0.8moI/L氫氧化鈉溶液中浸泡4h，取出，自然風干，再將風干后的碎塊用質量濃度為8%次氯酸鈣溶液漂洗30min，取出，再將其轉入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵8天，取出，用去離子水洗滌5次，得絲瓜絡纖維濕料;在不銹鋼容器中，加入200g上述所得絲瓜絡纖維濕料，再將不銹鋼容器轉入_18°C冰箱中冷凍4h，隨后將燒杯迅速轉入140°C烘箱中，干燥處理50min，出料，自然冷卻至室溫后，將干燥后的絲瓜絡纖維轉入球磨機，按球料比1:15加入球磨珠，調節(jié)球磨機轉速至600r/min，球磨處理30min，出料，得消晶化纖維粉末;稱取60g上述所得消晶化纖維粉末，加入盛有120mL去離子水的燒杯中，用磁力攪拌器以800r/min轉速攪拌混合1min，得纖維漿料，備用;量取120mL三氯甲烷，與440mL環(huán)己烷互溶，用玻璃棒充分攪拌均勻后，得油相溶液;在盛有10mL去離子水的反應釜中，依次加入油相溶液400mL，5mL吐溫60，SmL環(huán)氧氯丙烷和5g過硫酸銨，開啟反應釜加熱器，加熱升溫至60 V，啟動攪拌器，調節(jié)轉速至800r/min，在恒溫攪拌條件下，以4mL/min速率向反應爸中滴加80mL備用纖維楽料，待滴加完畢后，繼續(xù)恒溫攪拌反應5h，離心，收集下層沉淀，并將沉淀物轉入105 °C烘箱中，干燥至恒重，得籠狀纖維粉末;將上述所得籠狀纖維粉末轉入管式電阻爐中，先以6mL/min速率通入氮氣，并置換出所有空氣，再以5°C/min速率逐步升溫至280°C，在氮氣保護狀態(tài)下，炭化處理40min，再以10°C/min速率逐步升溫至500°C，繼續(xù)炭化60min，隨后以4mL/min速率通入二氧化碳氣體，活化處理30min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得煙氣脫硫籠狀活性炭。
[0019]本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭的物理性質:本發(fā)明所得籠狀活性炭顆粒呈現球形或類球形，表面粗糙不光滑，且有較多孔洞存在，顆粒中心有較大的腔洞，顆粒粒徑為12μm，顆粒中位徑為8.8μπι，籠狀纖維素顆粒的平均孔徑為45.8nm，比表面積為4800m2/g。
[0020]本發(fā)明的具體應用方法:取本發(fā)明所得煙氣脫硫籠狀活性炭，取代傳統(tǒng)活性炭，按60mm裝填高度裝填于填充床中，調節(jié)空速至3200m3/h，測定壓降及脫硫率，其壓降僅為傳統(tǒng)活性炭的1/10，脫硫率為95%，相比傳統(tǒng)活性炭提高了 20%以上。
【主權項】
1.一種煙氣脫硫籠狀活性炭的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取I?2kg絲瓜絡，將其投入組織粉碎機中，粉碎處理10?20min，隨后將所得絲瓜絡組織碎塊浸入濃度為0.6?0.8mol/L氫氧化鈉溶液中浸泡2?4h，取出，自然風干，再將風干后的碎塊用質量濃度為5?8%次氯酸鈣溶液漂洗20?30min，取出，再將其轉入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵6?8天，取出，用去離子水洗滌3?5次，得絲瓜絡纖維濕料； (2)在不銹鋼容器中，加入100?200g上述所得絲瓜絡纖維濕料，再將不銹鋼容器轉入-20?-18°C冰箱中冷凍2?4h，隨后將燒杯迅速轉入120?140 °C烘箱中，干燥處理30?50min，出料，自然冷卻至室溫后，將干燥后的絲瓜絡纖維轉入球磨機，按球料比I: 15加入球磨珠，調節(jié)球磨機轉速至400?600r/min，球磨處理20?30min，出料，得消晶化纖維粉末； (3)稱取40?60g上述所得消晶化纖維粉末，加入盛有100?120mL去離子水的燒杯中，用磁力攪拌器以600?800r/min轉速攪拌混合5?1min，得纖維楽料，備用； (4)量取100?120mL三氯甲烷，與400?440mL環(huán)己烷互溶，用玻璃棒充分攪拌均勻后，得油相溶液； (5)在盛有80?10mL去離子水的反應釜中，依次加入油相溶液200?400mL，3?5mL吐溫60，6?8mL環(huán)氧氯丙烷和3?5g過硫酸銨，開啟反應釜加熱器，加熱升溫至40?60°C，啟動攪拌器，調節(jié)轉速至600?800r/min，在恒溫攪拌條件下，以2?4mL/min速率向反應爸中滴加60?80mL步驟(3)備用纖維漿料，待滴加完畢后，繼續(xù)恒溫攪拌反應3?5h，離心，收集下層沉淀，并將沉淀物轉入95?105°C烘箱中，干燥至恒重，得籠狀纖維粉末； (6)將上述所得籠狀纖維粉末轉入管式電阻爐中，先以4?6mL/min速率通入氮氣，并置換出所有空氣，再以3?5°C/min速率逐步升溫至220?280°C，在氮氣保護狀態(tài)下，炭化處理20?40min，再以8?10°C/min速率逐步升溫至480?500°C，繼續(xù)炭化40?60min，隨后以2?4mL/min速率通入二氧化碳氣體，活化處理20?30min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得煙氣脫硫籠狀活性炭。
【文檔編號】B01D53/02GK105935585SQ201610469310
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】吳迪, 許博偉
【申請人】吳迪