專利名稱：一種活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活性炭領(lǐng)域，具體涉及一種利用檸檬酸廢渣制備活性炭的方法。
背景技術(shù)：
檸檬酸是一種應(yīng)用廣泛的有機(jī)酸，可作為酸味劑和增稠劑，還可以作為清洗劑使用，廣泛用于食品、飲料、醫(yī)藥、化工、洗滌劑等行業(yè)。受出口刺激，我國(guó)國(guó)內(nèi)檸檬酸產(chǎn)量由 2001年的38萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2005年的70萬(wàn)噸，2006年約80萬(wàn)噸，年均增加12. 5%，成為世界第一檸檬酸生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)量約占世界的70%。而目前多數(shù)企業(yè)在用發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸過(guò)程中，大量的檸檬酸廢渣沒(méi)有綜合利用，直接外排?；钚蕴?，是一種具有巨大比表面、多孔結(jié)構(gòu)的炭。按其原料分類可分為煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)炭、果殼炭和骨質(zhì)炭；按其形態(tài)可分為柱狀炭、破碎炭、粉末炭和纖維活性炭?；钚蕴康闹饕蠟槊骸⒛静?、果殼等富含碳元素的有機(jī)材料，通過(guò)活化而形成具有吸附能力的復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)?？紫吨邪霃酱笥?0000nm的為大孔，介于150-20000nm的為中孔，小于 150nm的為微孔?；钚蕴康奈阶饔弥饕l(fā)生在這些空隙和表面上，活性炭孔壁上大量的分子可以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力將水和空氣中的雜質(zhì)吸引到孔隙中?；钚蕴康奈娇煞譃槲锢砦胶突瘜W(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在活性炭豐富的微孔中，用于去除水和空氣中雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的分子直徑必須小于活性炭的孔徑。不同的原材料和加工工藝造成活性炭不同的微孔結(jié)構(gòu)、比表面積和孔徑，適用于不同的需求?；钚蕴坎粌H含有碳元素，而且在其表面含有官能團(tuán)，與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。介質(zhì)中的雜質(zhì)通過(guò)物理吸附和化學(xué)吸附不斷進(jìn)入活性炭的多孔結(jié)構(gòu)中，使活性炭吸附飽和、吸附效果下降。吸附飽和后的活性炭需要進(jìn)行活化再生，恢復(fù)其吸附能力，重復(fù)使用。目前，活性炭廣泛應(yīng)用于水處理、溶劑回收、食品飲料提純、空氣凈化、脫硫、載體、 醫(yī)藥、黃金提煉、防毒、半導(dǎo)體、原子能及生物工程、納米材料、高效催化劑載體等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種活性炭的制備方法，可以對(duì)檸檬酸廢渣回收利用，減輕廢渣對(duì)環(huán)境造成的污染，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染，且生產(chǎn)成本低，又取得較高的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種活性炭的制備方法，包括以下步驟(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為25% -35%的1800-2200L鹽酸，蒸汽加熱至60-70°C，再投入800-1200kg發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，蒸汽升溫至 90-105°C，水解反應(yīng)2-5. 5小時(shí)；(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗2-3次，再用質(zhì)量濃度為-3%的稀堿液漂洗至中性，收集碳渣；(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為140-160°C，出口溫度為80-90°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入膠粘劑，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為900-950°C，爐尾溫度為200-250°C， 碳化區(qū)溫度為400-420°C，活化區(qū)溫度為880-900°C，碳化時(shí)間為2-2. 7小時(shí)，活化時(shí)間為 0. 3-1小時(shí)。其中，步驟( 稀堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化銨溶液。其中，步驟中的膠粘劑為重焦油、浙青或羧甲基纖維素(CMC)。其中，步驟(5)中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐筒體轉(zhuǎn)速為l-3r/min，活化劑為水蒸氣、二氧化碳或空氣。本發(fā)明采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法制作活性炭，碳化、活化一道在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里完成， 筒體用鋼板制成，內(nèi)襯耐火磚，在中部外套大齒輪，借以推動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，兩端各有一對(duì)齒輪， 支承筒體重量，爐頭、爐尾均有密封裝置，炭化、活化爐采用輕質(zhì)柴油作為燃料，采用溫度自控調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到。同時(shí)，本發(fā)明采用氣體活化法，活化劑通過(guò)熾熱的碳層、并于碳層發(fā)生活化反應(yīng)進(jìn)行活化。采用上述技術(shù)方案后，因?yàn)閷?duì)檸檬酸廢渣進(jìn)行了回收利用，從而減輕廢渣對(duì)環(huán)境造成的污染；并且采用氣體活化法以檸檬酸廢渣作為原料生產(chǎn)活性炭，無(wú)污染，安全環(huán)保， 工藝簡(jiǎn)單；同時(shí)因?yàn)樵腺Y源豐富，生產(chǎn)成本低；進(jìn)一步也節(jié)約了治理環(huán)境污染的費(fèi)用，取得較高的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果。另外，本發(fā)明的水解反應(yīng)的溫度可提高到90°C甚至95°C以上，從而使反應(yīng)時(shí)間大大縮短到5. 5小時(shí)到2小時(shí)之間，大大提高了生產(chǎn)效率并提升了中間產(chǎn)物的產(chǎn)率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例一(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為30%的鹽酸2000L，蒸汽加熱至65°C，再投入IOOOkg檸檬酸廢渣，蒸汽升溫至100°C，水解反應(yīng)2. 5小時(shí)。(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗2次，再用質(zhì)量濃度為2%的氫氧化鈉溶液漂洗至中性，收集碳渣。(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為150°C， 出口溫度為85°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入羧甲基纖維素(CMC)，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為920°C，爐尾溫度為220°C，碳化區(qū)溫度為410°C，活化區(qū)溫度為890°C，碳化時(shí)間為2. 4小時(shí)，活化時(shí)間為0. 6小時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為2r/ min，活化劑為空氣。
所得成品活性炭13^g，純度為92. 5%。實(shí)施例二(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為25%的鹽酸2200L，蒸汽加熱至60°C，再投入1200kg檸檬酸廢渣，蒸汽升溫至105°C，水解反應(yīng)5小時(shí)。(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗3次，再用質(zhì)量濃度為3%的氫氧化銨溶液漂洗至中性，收集碳渣。(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為140°C， 出口溫度為80°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入重焦油，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為900°C，爐尾溫度為200°C，碳化區(qū)溫度為400°C，活化區(qū)溫度為880°C，碳化時(shí)間為2. 7小時(shí)，活化時(shí)間為0. 3小時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為Ir/ min，活化劑為水蒸氣。所得成品活性炭160kg，純度為92%。實(shí)施例三(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為25%的鹽酸1800L，蒸汽加熱至70°C，再投入800kg檸檬酸廢渣，蒸汽升溫至90°C，水解反應(yīng)2小時(shí)。(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗2次，再用質(zhì)量濃度為的氫氧化鈉溶液漂洗至中性，收集碳渣。(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為160°C， 出口溫度為90°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入浙青，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為950°C，爐尾溫度為250°C，碳化區(qū)溫度為420°C，活化區(qū)溫度為900°C，碳化時(shí)間為2小時(shí)，活化時(shí)間為1小時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為3r/min， 活化劑為二氧化碳。所得成品活性炭l(^kg，純度為93. 5%。實(shí)施例四(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為35%的鹽酸2000L，蒸汽加熱至68°C，再投入IlOOkg檸檬酸廢渣，蒸汽升溫至105°C，水解反應(yīng)5. 5小時(shí)。(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗3次，再用質(zhì)量濃度為2. 5%的氫氧化銨溶液漂洗至中性，收集碳渣。(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為150°C， 出口溫度為85°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入羧甲基纖維素(CMC)，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為910°C，爐尾溫度為210°C，碳化區(qū)溫度為405°C，活化區(qū)溫度為885°C，碳化時(shí)間為2. 5小時(shí)，活化時(shí)間為0. 5小時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為2r/ min，活化劑為空氣。所得成品活性炭l^kg，純度為92. 5%。實(shí)施例五(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為30%的鹽酸2000L，蒸汽加熱至70°C，再投入IOOOkg檸檬酸廢渣，蒸汽升溫至90°C，水解反應(yīng)4小時(shí)。(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗3次，再用質(zhì)量濃度為3%的氫氧化銨溶液漂洗至中性，收集碳渣。(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為155°C， 出口溫度為88°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入浙青，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為9040°C，爐尾溫度為230°C，碳化區(qū)溫度為415°C，活化區(qū)溫度為895°C，碳化時(shí)間為2. 2小時(shí)，活化時(shí)間為0. 8小時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為
1.5r/min，活化劑為二氧化碳。所得成品活性炭140kg，純度為92. 5%。實(shí)施例六(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為30%的鹽酸1800L，蒸汽加熱至65°C，再投入900kg檸檬酸廢渣，蒸汽升溫至95°C，水解反應(yīng)3. 5小時(shí)。(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗2次，再用質(zhì)量濃度為的氫氧化鈉溶液漂洗至中性，收集碳渣。(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為145°C， 出口溫度為83°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入重焦油，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為930°C，爐尾溫度為215°C，碳化區(qū)溫度為410°C，活化區(qū)溫度為890°C，碳化時(shí)間為2. 5小時(shí)，活化時(shí)間為0. 5小時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為
2.5r/min，活化劑為空氣。所得成品活性炭120kg，純度為95%。實(shí)施例七(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為25%的鹽酸2200L，蒸汽加熱至75°C，再投入IlOOkg檸檬酸廢渣，蒸汽升溫至100°C，水解反應(yīng)4. 5小時(shí)。(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗3次，再用質(zhì)量濃度為2. 5%的氫氧化鈉溶液漂洗至中性，收集碳渣。(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為150°C， 出口溫度為85°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；
(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入羧甲基纖維素(CMC)，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化，即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為900°C，爐尾溫度為200°C，碳化區(qū)溫度為410°C，活化區(qū)溫度為890°C，碳化時(shí)間為2. 6小時(shí)，活化時(shí)間為0. 4小時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為2r/ min，活化劑為空氣。所得成品活性炭146kg，純度為93%。上述具體實(shí)施例1-7中，本發(fā)明均采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法制作活性炭，碳化、活化一道在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里完成，筒體用鋼板制成，內(nèi)襯耐火磚，在中部外套大齒輪，借以推動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，兩端各有一對(duì)齒輪，支承筒體重量，爐頭、爐尾均有密封裝置，炭化、活化爐采用輕質(zhì)柴油作為燃料，采用溫度自控調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到。同時(shí)，本發(fā)明采用氣體活化法，活化劑通過(guò)熾熱的碳層、并于碳層發(fā)生活化反應(yīng)進(jìn)行活化。本發(fā)明采用氣體活化法以檸檬酸廢渣作為原料制備活性炭，因?yàn)閷?duì)檸檬酸廢渣進(jìn)行了回收利用，從而減輕廢渣對(duì)環(huán)境造成的污染；并且采用氣體活化法以檸檬酸廢渣作為原料生產(chǎn)活性炭，無(wú)污染、安全環(huán)保，工藝簡(jiǎn)單；同時(shí)因?yàn)樵腺Y源豐富，生產(chǎn)成本低；進(jìn)一步也節(jié)約了治理環(huán)境污染的費(fèi)用，取得較高的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果。
權(quán)利要求
1.一種活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)水解在反應(yīng)釜內(nèi)泵入質(zhì)量濃度為25%-35%的1800-2200L鹽酸，蒸汽加熱至 60-700C，再投入800-1200kg發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，蒸汽升溫至90_105°C， 水解反應(yīng)2-5. 5小時(shí)；(2)抽濾將上述水解后物料放入抽濾桶中進(jìn)行抽濾，抽濾后的碳渣用自來(lái)水漂洗2-3 次，再用質(zhì)量濃度為-3%的稀堿液漂洗至中性，收集碳渣；(3)干燥將上述碳渣放入氣流干燥器進(jìn)行干燥，氣流干燥器進(jìn)口溫度為140-160°C， 出口溫度為80-90°C，干燥至碳渣含水量為6%以下；(4)造粒將干燥好的碳渣按重量比100 5的比例摻入膠粘劑，充分混合后再擠壓成顆粒狀，制成顆粒碳渣；(5)碳化、活化將顆粒碳渣采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行碳化、活化， 即得成品活性炭，其中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐爐頭溫度為900-950°C，爐尾溫度為200-250°C，碳化區(qū)溫度為400-420°C，活化區(qū)溫度為880-900°C，碳化時(shí)間為2-2. 7小時(shí)，活化時(shí)間為0. 3-1 小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性炭的制備方法，其特征在于，步驟( 稀堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化銨溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性炭的制備方法，其特征在于，步驟(4)中的膠粘劑為重焦油、浙青或羧甲基纖維素(CMC)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性炭的制備方法，其特征在于，步驟( 中內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐筒體轉(zhuǎn)速為l-3r/min，活化劑為水蒸氣、二氧化碳或空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種活性炭的制備方法，以檸檬酸廢渣為原料，經(jīng)過(guò)水解、抽濾、干燥、造粒、碳化和活化等步驟制得。本發(fā)明因?yàn)閷?duì)檸檬酸廢渣進(jìn)行了回收利用，從而減輕廢渣對(duì)環(huán)境造成的污染；并且采用氣體活化法以檸檬酸廢渣作為原料生產(chǎn)活性炭，無(wú)污染，安全環(huán)保，工藝簡(jiǎn)單；同時(shí)因?yàn)樵腺Y源豐富，生產(chǎn)成本低；進(jìn)一步也節(jié)約了治理環(huán)境污染的費(fèi)用，取得較高的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果。
文檔編號(hào)C01B31/10GK102344137SQ201010244999
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者王健, 王德桂, 白建國(guó) 申請(qǐng)人:南通市外貿(mào)醫(yī)藥保健品有限公司, 江蘇健鼎生物科技有限公司