[發明專利]一種泥基球狀活性炭及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510016710.8
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104556031A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 關國強;常杰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J21/18;B01J32/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明屬于活性炭制備領域，涉及一種泥基球狀活性炭及其制備方法與應用，具體涉及一種利用污泥制備高比表面積、低表觀密度的高性能泥基球狀活性炭及其制備的方法與應用。

背景技術

吸附是廣泛應用于化工生產和環境治理的分離過程。高比表面積、低表觀密度的吸附材料能顯著提高分離效率、降低分離設備成本，此外良好的吸附材料還要求有良好的球形度和適宜的顆粒尺寸。粒狀活性炭因其穩定的化學特性和優異的吸附性能廣泛用作毒害組分分離的吸附材料和非均相反應的催化劑載體等。受制于煤炭、木材等傳統原料較高的成本，對于使用量大、操作成本敏感的過程(例如污水處理過程)，市售活性炭的價格偏高。為此大量研究采用污水處理中產生的污泥作為活性炭生產的原料制備泥基活性炭。近十年，我國公開的與污泥制備活性炭相關專利超過50件，其內容主要涉及對不同的污泥對象(如市政污泥、化工污泥、造紙污泥和印染污泥等)經不同的預處理(如微生物發酵、添加助劑改性等)后，采用熱解或微波輻射等方法將有機碳轉化為無機碳，其中活化方法包括采用水蒸汽的物理活化和采用KMnO₄、KOH和ZnCl₂等的化學活化。然而除專利CN?102367695公開了一種以含油污泥制備超級活性炭的方法外，現有的污泥制備活性炭技術所得產品的性能普遍低于市售活性炭。為提高活性炭的吸附性能需優化活性炭的孔隙結構，提高比表面積。

對于大型吸附裝置，例如水處理中的填料塔，采用低表觀密度的吸附填料能有效減少填料層的自重，從而簡化支撐結構的設計要求，降低裝置成本。然而，由于污泥中無機物殘留量遠高于煤炭等市售活性炭原料，故泥基活性炭的表觀密度較大。為降低產品表觀密度，通常需要對污泥中的沙石進行分離，但這將提高制備成本。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種利用污泥制備泥基球狀活性炭的方法，本發明所述方法采用污泥包裹于棉球上作為活性炭制備的母體，通過預干燥、熱解、酸洗、水洗和干燥獲得高性能的泥基球狀活性炭。

本發明的另一目的在于提供由上述方法制備得到具有獨特地類似中空結構的泥基球狀活性炭；所述泥基球狀活性炭相對于采用現有方法制得的粒狀活性炭，具有更大的比表面積、更低的表觀密度、更好的球形度。

本發明的再一目的在于提供上述泥基球狀活性炭的應用。本發明所述泥基球狀活性炭可以用作吸附分離的填料或非均相反應的催化劑載體，由此實現污泥的資源化利用，緩解污泥處置的環境壓力。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種泥基球狀活性炭的制備方法，其包括如下步驟：將污泥與活化劑混合浸漬制成漿料，將所得漿料與棉球混合包裹得到活性炭母體，然后將所得活性炭母體進行熱解，將熱解產物經酸洗、水洗后烘干得到泥基球狀活性炭。

上述泥基球狀活性炭的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)將污泥與活化劑按比例混合均勻，靜置過夜浸漬得到漿料；

(2)將步驟(1)所得漿料與棉球混合，使漿料包裹在棉球表面，獲得活性炭母體；

(3)將所得活性炭母體置于無氧的加熱爐內預干燥，然后程序升溫至熱解?溫度并維持熱解時間，使活性炭母體完成炭化和活化過程，熱解完成后自然冷卻至室溫得到熱解固體產物；

(4)將步驟(3)熱解固體產物浸入酸性溶液，充分振蕩洗滌后瀝干，再用水洗滌至中性，得到活性炭半成品；

(5)將所得活性炭半成品烘干至恒重，自然冷卻后得到泥基球狀活性炭。

所述污泥為污廢水處理后產生的污泥，可選自于市政污水處理污泥、印染廢水處理污泥、制藥廢水處理污泥或造紙廢水處理污泥；所述污泥優選固定碳含量不少于5％的污泥；

所述活化劑優選為ZnCl₂；

步驟(1)中污泥與活化劑的比例為污泥中干基質量：活化劑質量＝1:(1～5)；污泥與活化劑優選的比例為污泥中干基質量：活化劑質量＝1:3；

所述棉球為棉花捻制的球體，棉球直徑按實際應用中所需的活性炭吸附填料的大小而定；所述棉球優選的直徑為3～4mm；

由于棉球具有相互交聯的纖維狀結構，故漿料中的固體物質難以滲入棉球內部而被截留于棉球外層，漿料中的液體溶液則滲透棉球內部；

步驟(3)所述預干燥的溫度優選為110～130℃；

步驟(3)所述程序升溫的速率優選為10℃/min；

步驟(3)所述熱解溫度為500～800℃，優選為500℃；

步驟(3)所述熱解時間為1～3h，優選為2h；