[發(fā)明專利]一種利用造紙黑液為活性劑制備活性炭的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310316829.8
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103408010A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 譚非;黃彪;丁楊;陳彥;陳孝云;吳耿峰;盧燕鳳
• 申請（專利權）人: 福建農(nóng)林大學
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發(fā)明屬于化工領域，具體涉及一種利用造紙黑液為活性劑制備活性炭的方法。

背景技術

制漿造紙黑液是造紙廠的主要污染物之一。據(jù)?2007年我國造紙產(chǎn)業(yè)政策分析,?到?2010年,紙及紙的有效產(chǎn)能達?9?000萬噸，而對十一五期間的造紙行業(yè)污染物減排目標分析發(fā)現(xiàn)，這期間的造紙污物的總體脫除率維持在?71%?左右，按照到?2010年的有效產(chǎn)能測算，將有超過?20億噸以上的污染物需經(jīng)處理，其中包括大量的未經(jīng)處理的制漿黑液。黑液治理技術現(xiàn)階段主要包括堿回收和生化處理。黑液回收可以直接回收堿，因而得到了快速的發(fā)展和運用，但是堿回收要求紙廠具有一定的規(guī)模，由于熔融堿對設備腐蝕，設備投入巨大，在一般小型企業(yè)的實際運用效果不夠理想，而且，對于我國廣泛采用的草漿造紙原料，堿回收技術不能充分回收殘堿。另外，該技術將黑液中的木素也一并燃燒，使得這一重要工業(yè)原料未得到充分利用，例如，目前國內(nèi)僅木質素類減水劑產(chǎn)品年產(chǎn)量就超過?50萬噸。生化處理由于存在成本高、生化污泥需二次處理等難題，也難以很快推廣。因此，目前造紙黑液的處理方法依然值得改進和提高。

活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑，具有獨特的孔隙結構和表面官能團，足夠的化學穩(wěn)定性，機械強度及耐酸，耐堿，耐熱的性能。它可以在廣泛的pH值范圍內(nèi)與多數(shù)溶劑混合使用，目前已廣泛應用于環(huán)境保護、化學工業(yè)、交通能源、食品加工、濕法冶金、藥物精制、軍事化學防護和人們的衣食住行等各個領域，是國民經(jīng)濟和國防建設必不可少的產(chǎn)品。目前，制備活性炭的方法主要有物理活化法及化學活化法。物理法主要是以炭為原料，用水蒸汽、二氧化碳、空氣（主要是氧）或它們的混合物（煙道氣）為活化介質，在高溫下（600～1000℃）進行活化，使石墨微晶中的碳原子部分氣化，使炭材料內(nèi)部形成新孔，擴大原來的孔，從而形成發(fā)達的孔隙結構的炭化物。將含碳物料與不同的化學藥品均勻混合或浸漬，浸漬一定時間后，在一定溫度下經(jīng)過炭化和活化，使化學藥劑嵌入顆粒內(nèi)部結構中，通過一系列的交聯(lián)和縮聚反應及洗脫化學藥品的步驟造出具有豐富微孔的活性炭的方法即為化學活化法。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無機鹽類以及一些酸類。目前應用較多、較成熟的化學活化劑有KOH、K₂CO₃、NaOH、ZnCl₂、CaCl₂和H₃PO₄、H₂SO₄等。

目前，以木質素為原料制備活性炭也有一定報道，但都是以酸化沉析后的木質素另外添加額外的化學活化劑來制備，這種方法使黑液中的殘堿類物質得不到充分回收利用，而采用二氧化碳為酸化劑，酸析后的黑液，可以通過加入生石灰進行苛化，苛化黑液可以用來制備活性炭。該法不但提高木質素回收率，同時有效利用了黑液中的殘堿，減少了黑液的COD對水質的污染。

文獻雖然報道了利用黑液中木質素制備活性炭的方法，然而，目前此類方法需要加入額外的化學藥品作為活化劑，增加了制備活性炭的成本，同時，黑液中的殘堿未能得到充分的利用。利用黑液殘堿作為活化劑制備活性炭，又提取黑液中的重要化工原料——木質素的技術，尚未見報道。同時，對黑液制備活性炭的作用機制進行考察。

化學活化法制備活性炭，依靠化學藥品對生物質材料的潤脹作用、脫水作用及侵蝕等諸多因素的協(xié)同作用。黑液中含有苛性鈉等成分，在較高溫度下會與生物質材料發(fā)生激烈的化學反應。利用這一性質，可以制備高比表面積的活性炭，也治理了造紙黑液污染。我們前期的工作發(fā)現(xiàn)黑液中殘堿的量近10％（以Na⁺記），同時，我們也利用黑液殘堿制備了性能較為優(yōu)異的活性炭。

利用造紙黑液中的殘堿為活化劑制備活性炭，不但可以提取黑液中的木質素作為化工原料，同時使黑液中的殘堿得以回收利用；對于黑液制備活性炭的作用機制進行研究也未見文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用造紙黑液為活性劑制備活性炭的方法，不僅使得造紙黑液中的木質素得以回收利用，又由于采用酸析及苛化的黑液為制備活性炭的活性劑，使得黑液的污染得到有效控制，具備顯著的經(jīng)濟和社會效益。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種利用造紙黑液為活性劑制備活性炭的方法，包括以下步驟：造紙黑液的酸析、苛化和木屑的炭化、活化。具體步驟如下：

（1）造紙黑液的酸析：在表壓0-2MPa，溫度30-70℃下，利用工業(yè)排放的二氧化碳對造紙黑液進行酸析；