[發明專利]以弱粘結性煤為主料配煤制備的壓塊活性炭及制法和應用

有效

• 申請號: 201510589610.4
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105217625B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 蔣煜;姚鑫;楊川;石興堂;劉澤;解強;常曉華;王興中
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: C01B32/336
• 分類號: C01B32/336
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及活性炭技術領域，尤其是壓塊活性炭技術領域，具體涉及以弱粘結性煤為主料配煤制備的壓塊活性炭及制法和應用。

背景技術

活性炭是一種具有高度發達的孔隙結構和極大內表面積的人工炭材料制品，其最顯著的特征是吸附作用，可以從氣相或液相中吸附各種物質。通常，活性炭的孔容積可達0.2～1.0cm³/g，比表面積可達400～1000m²/g。

活性炭與硅膠、分子篩和氧化鋁凝膠等其他一些多孔性吸附劑在性質上有明顯的不同，主要表現為：1)表面是非極性的，吸附主要是色散力起作用；2)含有三種類型的孔：大孔(孔徑＞50nm)、過渡孔(或中孔，孔徑為2-50nm)和微孔(孔徑＜2nm)，孔隙容積隨有效半徑成多峰分布；在吸附具有不同分子尺寸的物質時，利用的活性炭的孔徑范圍不同。研究表明：對吸附劑利用率最高的孔徑與吸附質分子直徑的比值是1.7～3.0。

隨著活性炭應用領域的不斷擴大，活性炭能吸附的對象(吸附質)的種類越來越多，對活性炭孔隙結構的要求也呈現出越來越多樣化的趨勢。總體來說，氣相吸附應以微孔結構為主、孔徑分布集中；用于水處理、食品脫色、催化劑載體、溶劑回收等領域時，要求活性炭含有較多的中孔，以保證盡快達到吸附平衡。因此，不同應用途徑對活性炭孔結構的要求不同，具有不同孔結構的活性炭應途徑而異。針對具體應用需求制備出具有特定孔結構的活性炭的定向制備技術稱為活性炭生成領域技術競爭的關鍵。另一方面，活性炭用量的增大，使得活性炭制備工藝也在不斷發展。煤基顆粒活性炭按制備工藝的不同可分為原料破碎活性炭、柱狀活性炭和壓塊活性炭。壓塊活性炭具有機械性能良好、產品性能穩定、孔結構調節途徑多等優點，適用于多膛爐進行大規模生產。

因此，基于壓塊活性炭制備工藝，采用適宜的孔結構調節技術，定向制備出具有特定孔結構的活性炭，對提高活性炭的應用價值，具有重要的意義。

目前，通用的壓塊活性炭的制備工藝路線圖如圖1所示，步驟為：將原料煤破碎粉磨至95％過200目的標準篩(d＝0.075mm)，形成煤粉，根據原料煤性質的不同，摻入少量粘結劑并混合均勻(或者不摻入粘結劑)，在較高的成型壓力下進行壓塊，形成餅狀、卵狀料塊等成型料。料塊破碎篩分至合適的粒度后，得到煤基顆粒料，經炭化過程得到炭化料，再經過活化過程得到煤基顆粒活性炭。

發明內容

本發明解決的技術問題是：目前，壓塊活性炭的制備工藝存在以下缺點：

(1)并非所有煤種都適用于壓塊活性炭的制備，非粘結性煤種可制得不同孔徑分布的活性炭，但非粘結性煤種制備的壓塊活性炭強度不足，即使將非粘結性煤種與粘結性煤配煤，與單純的粘結性煤制備的壓塊活性炭相比，強度也大大降低。

(2)傳統壓塊活性炭制備過程中粘結劑的使用不利于活性炭孔結構的發育和調節，同時增加活性炭的成本；

(3)壓塊工藝與孔結構調控技術未能有機結合，即傳統壓塊活性炭不能明顯地改變、調節中孔或微孔發育程度，限制了壓塊活性炭的應用；

(4)從目前研究結果可知，弱粘結性煤中，大同煤是制備壓塊活性炭的理想原料，原因：1)大同煤具備一定的粘結性，制備的壓塊活性炭強度較好；2)大同煤壓塊制得的炭化料具有較高的反應活性；3)大同煤制備的壓塊活性炭中孔和微孔均勻發育，適宜水處理應用。但是，隨著煤炭高強度開采，大同煤儲量下降很快，亟待開發其他煤種或利用配煤技術制備理想的壓塊活性炭。

本發明的目的是提供一種以弱粘結性煤為原料制備具有較好的強度和不同孔結構特征的壓塊活性炭的制備工藝。本專利發明的壓塊活性炭制備工藝以較低的原材料費用和簡單的工序在一定程度上實現活性炭的定向制備。

活性炭應用過程中，不同的用途和環境下，吸附對象各異，則需要不同孔結構的活性炭，例如，在氣相吸附環境下，應選擇微孔較為發達的活性炭；在液相吸附環境下，應選擇中孔較為發達的活性炭。本發明所述“定向制備”是指：根據壓塊活性炭應用途徑和環境的不同，通過改變活性炭原料種類和比例，優化活性炭制備工藝及參數等手段，針對性地制備出適用于應用途徑和環境的特殊結構(中孔發達或微孔發達)的活性炭。

為解決上述技術問題，本發明提供一種以弱粘結性煤為主料配煤制備的壓塊活性炭，以弱粘結性煤為主料，選用無煙煤或褐煤為配煤，無需添加粘結劑，在保證壓塊活性炭強度的同時，有目的地調節活性炭孔結構，制備得到中孔或微孔較發達的壓塊活性炭。

具體來說，針對現有技術的不足，本發明提供了如下技術方案：