專利名稱：一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢棄資源循環(huán)利用，屬于環(huán)境保護與資源綜合利用領(lǐng)域的固體廢棄物 資源化利用新技術(shù)，尤其適合于廢棄生物質(zhì)生產(chǎn)炭化功能材料過程中的污染控制和資源回 收。生產(chǎn)的產(chǎn)品可以在污水處理、污染場地修復(fù)等領(lǐng)域應(yīng)用，回收的活化劑是良好的化工產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
隨著公眾環(huán)境保護意識的增強和經(jīng)濟可持續(xù)化發(fā)展的需求，近年來價格低廉、操 作簡便的活性炭制備方法成為人們關(guān)注的熱點?；钚蕴渴且环N多孔徑的炭化物，具有良好 的吸附性能。由于活性炭的比表面積大且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在環(huán)境保護、食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng) 域中的應(yīng)用越來越廣，需求量日益增加。近年來，利用生物質(zhì)資源作為制備活性炭的原料已 經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注，我國生物質(zhì)廢棄物資源豐富，總量為每年30億噸干物質(zhì)左右。 目前，這些生物質(zhì)除了少量的作為燃料使用外，大量的被廢棄或就地焚燒，這些廢棄物生物 質(zhì)的不正當(dāng)處理已經(jīng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。在活性炭的生產(chǎn)過程中，大多數(shù)生產(chǎn)廠家所采用的活化方法主要是物理活化法和 化學(xué)活化法。與物理活化法相比，化學(xué)活化法具有活性炭產(chǎn)率高、所需溫度低、能耗低、對設(shè) 備要求低等優(yōu)勢?；瘜W(xué)活化常用的活化試劑有氯化鋅、酸或堿金屬的氫氧化物等，其中氯化 鋅是活化效果最好且最常用的活化劑，在生產(chǎn)高性能活性炭的過程中經(jīng)常被采用。這種活 化劑的缺點是在活化處理后需要使用大量酸性溶液和水來清洗活性炭產(chǎn)品，不僅工藝復(fù)雜 還會導(dǎo)致環(huán)境污染等問題。本發(fā)明克服了常規(guī)活性炭生產(chǎn)過程中的弊端，提供一條清潔環(huán) 保的活性炭生產(chǎn)工藝，主要優(yōu)勢是對鋅基活化劑進行高效清潔回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前活性炭生產(chǎn)過程中鋅基活化劑難以回收、產(chǎn)品需要后續(xù)酸洗和水 洗、造成大量酸性廢液的弊端，結(jié)合我國廢棄生物質(zhì)產(chǎn)生量大、隨意堆放、占用土地、環(huán)境危 害突出、再生利用困難的現(xiàn)狀，以廢棄農(nóng)林生物質(zhì)為原材料，制定了以低溫低真空活化、高 溫高真空回收活化劑為核心的清潔生產(chǎn)工藝路線，確立并優(yōu)化了影響品質(zhì)的熱處理溫度管 理制度、活化劑高效回收關(guān)鍵參數(shù)和后處理方式。具體工藝包括(1)預(yù)處理工序?qū)U棄生物質(zhì)在105°C條件下烘干，剪切粉碎至小于1毫米貯存(2)活化工序取一定量粉碎后的廢棄生物質(zhì)原材料，加入到盛有5M氯化鋅的溶 液中，固液比為1 2. 5，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒒罨幚砗蟮脑限D(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在體系壓力20_50kPa， 溫度400-600°C條件下實施炭化和后續(xù)活化處理，升溫速率10°C /分鐘，保持時間30-60分 鐘；(4)活化劑回收工序?qū)⒄婵諣t溫度以10_15°C /分鐘的速率升高至800-1000°C，體系壓力降低至0. Ι-lkPa，保持20-30分鐘，使活性炭中的氯化鋅揮發(fā)為蒸氣逸出，氧化鋅 還原為鋅蒸氣后逸出，此時金屬鋅和氯化鋅在真空爐與真空泵之間的捕收器中分別沉積；(5)后處理工序生產(chǎn)的活性炭可以直接包裝作為商品出售，也可以粉碎后作為 粉末商品或造粒后作為顆?；钚蕴砍鍪?；捕收器中沉積的金屬鋅和氯化鋅冷卻后分別剝離 回收。下面結(jié)合說明書附圖及實施方案進一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容。


圖1是活性炭產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡照片，A是炭化后未清除活化劑的粗產(chǎn)品，B 是真空清除活化劑后的最終產(chǎn)品。圖2是捕收器中回收的活化劑的照片，A是帶有活化劑的粗產(chǎn)品，B是回收的金屬 鋅，C是回收的氯化鋅。圖3是捕獲器中回收產(chǎn)品的XRD圖譜，表示捕獲器A中主要回收到氯化鋅，捕獲器 B中主要回收到金屬鋅。
具體實施例方式下面給出的實施例擬對本發(fā)明作進一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明保護范圍 的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào) 整，仍然屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例1 一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序稱取20克松木鋸末在105°C條件下烘干，冷卻至室溫后剪切粉碎 至小于1毫米備用；(2)活化工序取一定量粉碎后的鋸末，放入盛有50毫升5M氯化鋅溶液的燒杯 中，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒔n過氯化鋅的鋸末放入真空裂解爐中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力使其穩(wěn) 定在50kPa后，以10°C /分鐘的升溫速率從室溫升至400°C，停留60分鐘，使木屑碳化為活 性炭，回收鋅前后活性炭的高倍電子顯微鏡照片見圖1 ；(4)活化劑回收工序以15°C /分鐘的升溫速率將真空爐的溫度升至800°C，調(diào)節(jié) 系統(tǒng)壓力為0. lkPa，停留10分鐘，使氯化鋅蒸發(fā)、氧化鋅還原成鋅蒸汽后分別冷凝回收；(5)后處理工序活性炭根據(jù)需要進行粉碎或造粒，沉積在捕收器中的金屬鋅與 氯化鋅分別剝離后回收。經(jīng)檢測，活化劑回收率為99.8%，活性炭中鋅含量低于0.01%，活性炭比表面積 達1014米7克，孔容0. 47cm3/克，活性炭產(chǎn)率為39%。實施例2 一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序稱取1000克松木鋸末在105°C條件下烘干，冷卻至室溫后剪切粉 碎至小于1毫米備用；(2)活化工序取一定量粉碎后的鋸末，放入盛有2500毫升5M氯化鋅溶液的燒杯中，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒔n過氯化鋅的鋸末放入真空裂解爐中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力使其在 40kPa穩(wěn)定后，以10°C /分鐘的升溫速率從室溫升至500°C，停留30分鐘，使木屑碳化成活 性炭；(4)活化劑回收工序以15°C /分鐘的升溫速率將真空爐的溫度升至900°C，調(diào)節(jié) 系統(tǒng)壓力為lkPa，停留10分鐘，使氯化鋅蒸發(fā)、氧化鋅還原成鋅蒸氣后分別冷凝回收，回收 到的金屬鋅和氯化鋅見圖2，其X-射線衍射圖譜見圖3，可以看出，捕收器A中收集到的主 要是金屬鋅，捕收器B中收集到的主要是氯化鋅；(5)后處理工序活性炭根據(jù)需要進行粉碎或造粒，沉積在捕收器中的金屬鋅與 氯化鋅分別剝離后回收。經(jīng)檢測，活化劑回收率達99.5%，活性炭中鋅含量低于0.02%，活性炭比表面積 達1350米7克，孔容0. 64厘米/克，活性炭產(chǎn)率為42%。實施例3:一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序?qū)?000克水稻秸稈在105°C條件下烘干，剪切粉碎至小于1毫米 后備用；(2)活化工序取一定量粉碎后的秸稈，加入到盛有5000毫升5M氯化鋅的溶液 中，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒒罨幚砗蟮脑限D(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在體系壓力50kPa，溫 度450°C條件下實施炭化和后續(xù)活化處理，升溫速率10°C /分鐘，保持時間30分鐘；(4)活化劑回收工序?qū)⒄婵諣t溫度以15°C /分鐘的速率升高至800-1000°C，體 系壓力降低至0. 5kPa，保持20分鐘，使活性炭中的氯化鋅揮發(fā)為蒸氣逸出，氧化鋅還原為 鋅蒸氣后逸出，將金屬鋅和氯化鋅分別沉積回收；(5)后處理工序活性炭根據(jù)需要進行粉碎或造粒，沉積在捕收器中的金屬鋅與 氯化鋅分別剝離后回收。本發(fā)明不限于上述實施例，發(fā)明內(nèi)容均可實施，并具有良好的效果。
權(quán)利要求
1.一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序?qū)U棄生物質(zhì)在105°C條件下烘干，剪切粉碎至小于1毫米貯存?zhèn)溆茫?2)活化工序取一定量粉碎后的廢棄生物質(zhì)原材料，實施活化處理后烘干；(3)炭化工序?qū)⒒罨幚砗蟮脑限D(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在低溫低真空條件下保持 一定時間實施炭化處理；(4)活化劑回收工序改變處理條件，在高溫高真空條件下進行活化劑回收，使活性炭 中的活化劑揮發(fā)為蒸氣逸出，在捕收器中沉積回收；(5)后處理工序生產(chǎn)的活性炭可以直接包裝作為商品出售，也可以粉碎后作為粉末 商品或造粒后作為顆?；钚蕴砍鍪郏徊妒掌髦谐练e的鋅基活化劑剝離后回收。
2.按照權(quán)利1所述的一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法，其特征是，步驟 (2)所述的活化工序替換為取一定量粉碎后的廢棄生物質(zhì)原材料，加入到盛有5M氯化鋅 的溶液中，固液比為1 2. 5，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘 干；
3.按照權(quán)利1所述的一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法，其特征是，步 驟(3)所述的炭化工序替換為將活化處理后的原料轉(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在體系壓力 20-50kPa，溫度400-600°C條件下實施炭化和后續(xù)活化處理，升溫速率10°C /分鐘，保持時 間30-60分鐘；
4.按照權(quán)利1所述的一種活性炭生產(chǎn)過程中活化劑的清潔回收方法，其特征是，步 驟(4)所述的活化劑回收工序替換為將真空爐溫度以10-15°C /分鐘的速率升高至 800-1000°C，體系壓力降低至0. Ι-lkPa，保持20-30分鐘，使活性炭中的氯化鋅揮發(fā)為蒸氣 逸出，氧化鋅還原為鋅蒸氣后逸出，分別在捕收器中沉積回收。
全文摘要
針對目前商品活性炭生產(chǎn)過程中鋅基活化劑難以回收、產(chǎn)品需要后續(xù)酸洗和水洗、產(chǎn)生大量酸性廢液的弊端，結(jié)合我國廢棄生物質(zhì)產(chǎn)生量大、環(huán)境危害突出的現(xiàn)狀，本發(fā)明以廢棄農(nóng)林生物質(zhì)為原材料，制定了以低溫低真空活化、高溫高真空回收活化劑為核心的活性炭清潔生產(chǎn)工藝路線。主要特征是包括預(yù)處理工序、活化工序、炭化工序、活化劑回收工序和后處理工序。生產(chǎn)的活性炭比表面積達1014-1350米2/克，孔容0.47-0.64cm3/克，活化劑回收率99.5％以上。整個生產(chǎn)過程中沒有酸性廢液產(chǎn)生，產(chǎn)品可以直接包裝作為商品出售，也可以粉碎后作為粉末商品或造粒后作為顆?；钚蕴砍鍪?；回收的鋅基活化劑可以作為化工產(chǎn)品出售。
文檔編號C01B31/12GK102001655SQ201010575440
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者吳倩芳, 張付申 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心