[發(fā)明專利]一種泥基球狀活性炭及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510016710.8
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104556031A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 關(guān)國強(qiáng);常杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 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(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于活性炭制備領(lǐng)域，涉及一種泥基球狀活性炭及其制備方法與應(yīng)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(yīng)用。

背景技術(shù)

吸附是廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)和環(huán)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(shè)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(wěn)定的化學(xué)特性和優(yōu)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(yīng)的催化劑載體等。受制于煤炭、木材等傳統(tǒng)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(chǎn)生的污泥作為活性炭生產(chǎn)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(guān)專利超過50件，其內(nèi)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(jīng)不同的預(yù)處理(如微生物發(fā)酵、添加助劑改性等)后，采用熱解或微波輻射等方法將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為無機(jī)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(xué)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(xiàn)有的污泥制備活性炭技術(shù)所得產(chǎn)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(yōu)化活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，降低裝置成本。然而，由于污泥中無機(jī)物殘留量遠(yuǎn)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(chǎn)品表觀密度，通常需要對污泥中的沙石進(jìn)行分離，但這將提高制備成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)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(fā)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(yù)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(fā)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(jié)構(gòu)的泥基球狀活性炭；所述泥基球狀活性炭相對于采用現(xiàn)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(fā)明的再一目的在于提供上述泥基球狀活性炭的應(yīng)用。本發(fā)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(yīng)的催化劑載體，由此實現(xiàn)污泥的資源化利用，緩解污泥處置的環(huán)境壓力。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

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(jìn)行熱解，將熱解產(chǎn)物經(jīng)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?jié){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(nèi)預(yù)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(chǎn)物；

(4)將步驟(3)熱解固體產(chǎn)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(chǎn)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(yōu)選固定碳含量不少于5％的污泥；

所述活化劑優(yōu)選為ZnCl₂；

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

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

由于棉球具有相互交聯(lián)的纖維狀結(jié)構(gòu)，故漿料中的固體物質(zhì)難以滲入棉球內(nèi)部而被截留于棉球外層，漿料中的液體溶液則滲透棉球內(nèi)部；

步驟(3)所述預(yù)干燥的溫度優(yōu)選為110～130℃；

步驟(3)所述程序升溫的速率優(yōu)選為10℃/min；

步驟(3)所述熱解溫度為500～800℃，優(yōu)選為500℃；

步驟(3)所述熱解時間為1～3h，優(yōu)選為2h；