一種高貫穿多微孔顆粒活性炭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽浞椒?，屬于廢料的回收或再加工技術(shù)領(lǐng)域。將廢棄毛纖維置于硫酸溶液中處理后，軋酸并烘焙炭化，除雜，然后中和，加入非離子洗滌劑去除脂汗，最后洗凈烘干，獲得凈毛纖維，將該凈毛纖維進(jìn)行預(yù)炭化和活化即得活性碳纖維。將發(fā)明應(yīng)用于不可紡毛纖維或廢棄毛纖維料的回收再利用制備活性炭，具有很高的比表面積，使用過程中相容性較高，吸附能力好，且空隙體積分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種高貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽浞椒?br>技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種高貫穿多微孔顆粒活性炭的制備方法，屬于廢料的回收或再加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]廢棄纖維資源量巨大，處理不當(dāng)不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且會(huì)增加處理成本，浪費(fèi)資源。采用適當(dāng)方法對(duì)廢棄紡織纖維進(jìn)行再加工不僅符合我國有關(guān)法律法規(guī)的要求，而且具有廢物利用、資源回收的合理性。廢棄毛纖維包括不可紡毛纖維(如豬毛、人發(fā)、雞毛、羊毛或兔毛下腳料、駱駝毛、羊駝毛、羊絨針毛等)和廢棄毛纖維料(如紡織廠的毛料回絲，回毛，布邊，廢毛紗邊角料、舊的毛料服裝、舊毛衣等)。第82屆國際毛紡織組織年會(huì)上公布的最新數(shù)據(jù)顯示，2013/2014年度全球僅羊毛產(chǎn)量預(yù)期為110萬噸凈毛，從這也可反映出廢棄毛纖維資源量巨大。因此，如何合理處置或再利用廢棄毛纖維資源是當(dāng)前面臨的重要課題。
[0003]在廢棄毛纖維資源利用方面，主要有兩個(gè)利用方向:一是采用開松、清洗、篩選、后直接利用或經(jīng)紡織加工，形成可用紡織品的物理再利用方法，如中國專利CN102167418B公開了利用以廢棄羊毛纖維為填料的吸附反應(yīng)器去除污水中的炔雌醇污染物;二是清洗、溶解，形成角蛋白液體提純利用或再生紡絲、紡織加工，形成紡織品或粉碎、炭化制成吸附類物質(zhì)的化學(xué)物理方法，如中國專利CN 102161485 B利用廢棄羊毛制備管狀結(jié)構(gòu)活性炭，但該專利存在的缺點(diǎn)在于管狀結(jié)構(gòu)容易爆裂成碎片，外壁活化微孔的貫穿性較差，導(dǎo)致活性炭比表面積較小，吸附能力較差;此外該專利僅利用水清洗廢棄羊毛，無法將羊毛表明的月旨、漢等去除，不利于活化微孔的產(chǎn)生，從而影響活性炭的比表面積的提高。羊絨針毛產(chǎn)生于山羊脫毛工序，直徑分布范圍較寬，粗細(xì)分布不勻，較粗的纖維可達(dá)170μπι，且纖維截面既有實(shí)心結(jié)構(gòu)，也有孔狀結(jié)構(gòu)，是廢棄毛纖維中的一種典型代表，對(duì)這一廢棄材料的應(yīng)用少見報(bào)道。
[0004]基于此，做出本申請。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用羊絨針毛纖維制備高貫穿多微孔顆?；钚蕴康姆椒?，在減輕環(huán)境對(duì)廢棄物處理壓力的同時(shí)，獲得高貫穿多微孔顆?；钚蕴?，變廢為寶，符合資源的最大化利用原則。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)路線:
一種利用羊絨針毛纖維制備高貫穿多微孔活性炭的方法，包括如下步驟:
步驟一、羊絨針毛纖維預(yù)處理階段，即將廢棄毛纖維置于2.5%-5.0%的硫酸溶液中處理，乳酸后在100°C-115°C之間烘焙炭化，再利用碎炭機(jī)除去植物性草雜，然后中和，加入非離子洗滌劑去除廢棄毛纖維的脂汗，最后用35-55°C熱水洗凈后烘干，獲得凈羊絨針毛纖維；
步驟二、羊絨針毛纖維預(yù)炭化階段，即利用乳刀將凈羊絨針毛纖維切成5mm-15mm短毛，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐內(nèi)，通氮?dú)?0min后，升溫至200°C-255°C之間，預(yù)炭化處理30min至90min，冷卻至室溫后取出，S卩獲得不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的預(yù)炭化產(chǎn)物；
步驟三、預(yù)炭化產(chǎn)物炭化-活化階段，即將預(yù)碳化產(chǎn)物與活化劑按照質(zhì)量比以一定比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐，通氮?dú)?0min后，升溫至500°C-900°C之間，再保溫60min至150min，冷卻至室溫取出，用80°C熱水清洗至清洗液pH值為5.8_7.5之間，過濾烘干后即得以羊絨針毛纖維為原料的活性炭。
[0007]其中，所述步驟一中羊絨針毛纖維為廢棄毛纖維的典型代表，可將其它不可紡毛纖維(如豬毛、人發(fā)、雞毛、羊毛或兔毛下腳料、駱駝毛、羊駝毛等)和廢棄毛纖維料(如紡織廠的毛料回絲，回毛，布邊，廢毛紗邊角料、舊的毛料服裝、舊毛衣等)頂替羊絨針毛纖維進(jìn)行貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽洌谎蚪q針毛纖維預(yù)處理階段的預(yù)處理工藝流程為:含草廢棄毛纖維—浸、乳酸—烘焙—除炭—中和—去脂—烘干—廢棄凈毛；非離子洗滌劑是指Lissapol TN 450、Teric NlO^Antarox C0630及FK-9502型非離子洗滌劑中的一種；去脂洗滌過程工藝控制為:濃度0.5%至2%之間，浴比1:15-55，溫度45°C-60°C，洗滌次數(shù)2次，洗滌時(shí)間分布為10min、5min;
所述步驟二中升溫速率為5_15°C/min;
所述步驟三中預(yù)碳化產(chǎn)物與活化劑的混合質(zhì)量比應(yīng)小于2;升溫速率為5-15°C/min;活化劑是指K2C03、Na2C03、Li2C03、H3P04、KOH、NaOH、KOH- K2C03、Na0H- Na2CO3中的一種。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明利用預(yù)處理工序很好地去除了廢棄毛纖維的表面的脂、漢，利于預(yù)炭化、炭化_活化過程微孔結(jié)構(gòu)的形成;再者通過對(duì)預(yù)炭化、炭化-活化過程控制，使廢棄毛纖維顆粒活性炭具有高度貫穿、活化微孔明顯、且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，極大地提高了活性炭的比表面積，增強(qiáng)了吸附能力，將作為高效吸附劑應(yīng)用在重金屬、有機(jī)染料、有害化學(xué)物質(zhì)處理、水及甲醛等有害氣體凈化等領(lǐng)域，這一方面減少了處理廢棄毛纖維帶來的環(huán)境污染，又降低了廢棄羊毛的處理成本，同時(shí)將廢棄資源變廢為寶，豐富了廢棄資源處理利用的途徑。
[0009]本申請通過對(duì)預(yù)炭化、預(yù)炭化-活化過程控制，以羊絨針毛纖維為原料，可以制備獲得高貫穿多微孔顆?；钚蕴浚€可將羊絨針毛制備高貫穿多微孔顆?；钚蕴康姆椒ㄅc工藝應(yīng)用到其他廢棄毛纖維的處理與應(yīng)用中，這有利于減輕環(huán)境對(duì)廢棄物處理壓力，并為廢棄毛纖維的合理利用提供更多有效途徑，從而提高產(chǎn)品利用附加值。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的加工流程示意圖；
圖2為本申請中廢棄羊絨針毛預(yù)處理前的狀態(tài)示意圖；
圖3為本申請中廢棄羊絨針毛預(yù)處理后的狀態(tài)示意圖；
圖4為本申請第一種實(shí)施狀態(tài)下中炭化-活化后廢棄羊絨針毛顆?；钚蕴繏呙桦婄R圖； 圖5為圖4中A部位的局部放大圖；
圖6為本申請第二種實(shí)施狀態(tài)下中炭化-活化后廢棄羊絨針毛顆粒活性炭掃描電鏡圖； 圖7為圖6中B部位的局部放大圖；
圖8為本申請第三種實(shí)施狀態(tài)下中炭化-活化后廢棄羊絨針毛顆?；钚蕴繏呙桦婄R圖； 圖9為圖8中C部位的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以廢棄毛纖維資料中羊絨針毛為例，結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0012]實(shí)施例1
本實(shí)施例的處理工藝可參考圖1所示，將廢棄羊絨針毛纖維置于3.0%的硫酸溶液中硫酸處理，乳酸后在110°C烘焙炭化，再利用碎炭機(jī)除去植物性草雜，然后中和，加入TericNlO非離子洗滌劑(濃度1.5%，浴比1: 35，溫度50°C，洗滌次數(shù)兩次，兩次洗滌時(shí)間分布為10min、5min)去除羊絨針毛纖維的脂汗，最后用40°C熱水洗凈后烘干，獲得凈羊絨針毛纖維，對(duì)比圖2和圖3可以看出，凈化處理后的纖維毛色光亮整潔，且亮澤度高;然后利用乳刀將凈羊絨針毛纖維切成I5mm短毛，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐內(nèi)，通氮?dú)?0min后，以15°C/min升溫至255°C，預(yù)炭化處理30min，冷卻至室溫，后取出獲得預(yù)炭化產(chǎn)物;再將預(yù)碳化產(chǎn)物與Na2CO3活化劑按照質(zhì)量比以1:1一定比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐，通氮?dú)?0min后，以5°C/min升溫至500°C，再保溫lOOmin，冷卻至室溫取出，用80°C熱水清洗至清洗液PH值為6.8左右，過濾烘干后即得以羊絨針毛纖維為原料的活性炭。
[0013]圖4和圖5是采用本實(shí)施例所述的方法制備羊絨針毛顆粒活性炭在不同放大倍數(shù)下的電鏡掃描圖，可以觀察到部分具有活性微孔的羊絨針毛顆粒活性炭，但是活化效果不夠充分，且活化微孔較小。根據(jù)測定其BET比表面積為370.04m2.g—S平均孔隙體積為
0.138cm3.g—、
[0014]實(shí)施例2
本實(shí)施例的處理工藝可參考圖1所示，將廢棄羊絨針毛纖維置于3.5%的硫酸溶液中硫酸處理，乳酸后在105°C烘焙炭化，再利用碎炭機(jī)除去植物性草雜，然后中和，加入LissapolTN 450非離子洗滌劑(濃度1%，浴比1: 50，溫度55°C，洗滌次數(shù)兩次，兩次洗滌時(shí)間分布為10min、5min)去除羊絨針毛纖維的脂汗，最后用40°C熱水洗凈后烘干，獲得凈羊絨針毛纖維，對(duì)比圖2和圖3可以看出，凈化處理后的纖維毛色光亮整潔，且亮澤度高;然后利用乳刀將凈羊絨針毛纖維切成1mm短毛，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐內(nèi)，通氮?dú)?0min后，以5°C/min升溫至250°C，預(yù)炭化處理60min，冷卻至室溫，后取出獲得預(yù)炭化產(chǎn)物;再將預(yù)碳化產(chǎn)物與1(2(:03活化劑按照質(zhì)量比以4:2混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐，通氮?dú)?0min后，以5°C/min升溫至500°C，再保溫150min，冷卻至室溫取出，用80°C熱水清洗至清洗液PH值為6.2左右，過濾烘干后即得以羊絨針毛纖維為原料的活性炭。
[0015]圖6和圖7是采用本實(shí)施例所述的方法制備羊絨針毛顆?；钚蕴吭诓煌糯蟊稊?shù)下的電鏡掃描圖，可觀察到形成了內(nèi)部具有大量活化微孔的顆?；钚蕴浚獠勘煌瓿商炕镊[片結(jié)構(gòu)層等外皮層包裹，這一定程度上影響了活性炭的吸附效果，不過外部包裹層部分位置開始出現(xiàn)活化微孔結(jié)構(gòu)。根據(jù)測定其BET比表面積為526.54m2.g—S平均孔隙體積為0.201cm3.g_10
[0016]實(shí)施例3
本實(shí)施例的處理工藝可參考圖1所示，將廢棄羊絨針毛纖維置于3.5%的硫酸溶液中硫酸處理，乳酸后在105°C烘焙炭化，再利用碎炭機(jī)除去植物性草雜，然后中和，加入LissapolTN 450非離子洗滌劑(濃度1%，浴比1: 50，溫度55°C，洗滌次數(shù)兩次，兩次洗滌時(shí)間分布為10min、5min)去除羊絨針毛纖維的脂汗，最后用40°C熱水洗凈后烘干，獲得廢棄凈毛纖維，對(duì)比圖2和圖3可以看出，凈化處理后的纖維毛色光亮整潔，且亮澤度高;然后利用乳刀將凈羊絨針毛纖維切成5mm短毛，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐內(nèi)，通氮?dú)?0min后，以10°C/min升溫至240°C，預(yù)炭化處理60min，冷卻至室溫，后取出獲得預(yù)炭化產(chǎn)物;再將預(yù)碳化產(chǎn)物與Na2CO3-NaOH復(fù)合活化劑按照質(zhì)量比以4:2混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于石英管式馬弗爐，通氮?dú)?0min后，以5°C/min升溫至600°C，再保溫120min，冷卻至室溫取出，用80°C熱水清洗至清洗液PH值為6.0左右，過濾烘干后即得以羊絨針毛纖維為原料的活性炭。
[0017]圖8和圖9是采用本實(shí)施例所述的方法制備羊絨針毛顆粒活性炭在不同放大倍數(shù)下的電鏡掃描圖，可觀察到形成了大量活化微孔的顆粒活性炭，大顆粒的活性炭分解成較多小粒徑的顆?；钚蕴?，且羊毛鱗片層等外皮層在炭化后獲得了較多的活化微孔結(jié)構(gòu)，這有助于增加活性炭的比表面積。根據(jù)測定其BET比表面積為736.9m2.g—S平均孔隙體積為0.291cm3.g_10
[0018]從上述制備過程可以看出，在實(shí)施例3的狀態(tài)下制備效果最佳。該方案下所制備的活性炭具有很高的比表面積，使用過程中相容性較高，吸附能力好，且空隙體積分布均勻。
[0019]以上內(nèi)容是結(jié)合本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)所提供技術(shù)方案所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明創(chuàng)造具體實(shí)施只局限于上述這些說明，對(duì)于本發(fā)明創(chuàng)造所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽浞椒?，其特征在于，以廢棄毛纖維為原料，進(jìn)行如下步驟的處理: (1)凈化預(yù)處理:將廢棄毛纖維置于硫酸溶液中處理后，乳酸并烘焙炭化，除雜，然后中和，加入非離子洗滌劑去除脂汗，最后用35-55°C水洗凈，再烘干，獲得凈毛纖維； (2)預(yù)炭化:將凈毛纖維切成碎段，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至200°C-255°C，預(yù)炭化處理30-90min，冷卻至室溫，即得預(yù)炭化產(chǎn)物； (3)活化:將預(yù)碳化產(chǎn)物與活化劑按比例混合，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至500°C-90(TC，再保溫60-150min，冷卻至室溫，清洗至清洗液pH值為5.8-7.5，過濾烘干，即得成品活性炭。2.如權(quán)利要求1所述的一種高貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽浞椒?，其特征在于:步驟(I)中，所述的硫酸溶液濃度為2.5-5.0%;烘焙炭化溫度為100-115°C。3.如權(quán)利要求1所述的一種高貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟?，步驟(1)中，所述的非離子洗滌劑為LissapolTN 450、Teric NlO及Antarox C0630。4.如權(quán)利要求1所述的一種高貫穿多微孔顆粒活性炭的制備方法，其特征在于，所述的去除脂汗洗滌過程工藝控制如下:非離子洗滌劑的濃度為0.5-2%，浴比1:10-30，溫度45°C-55。。。5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種高貫穿多微孔顆粒活性炭的制備方法，其特征在于:所述的去除脂汗洗滌過程中洗滌至少進(jìn)行2次，洗滌時(shí)間分布為10min、5min。6.如權(quán)利要求1所述的一種高貫穿多微孔顆粒活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，升溫速率為5-15°(:/1^11。7.如權(quán)利要求1所述的一種高貫穿多微孔顆粒活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(3 )中，所述的活化劑是KOH、NaOH、K2C03、Na2C03、Li2CO3、H3P04、K0H-K2C03、Na0H_Na2C03中的一種。8.如權(quán)利要求1所述的一種高貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟?步驟(3)中，升溫速率為5-15°(:/1^11。9.如權(quán)利要求1、7或8所述的一種高貫穿多微孔顆粒活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述的預(yù)碳化產(chǎn)物與活化劑的混合質(zhì)量比例小于2。10.如權(quán)利要求1所述的一種高貫穿多微孔顆?；钚蕴康闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟?所述的廢舊毛纖維為羊絨針毛纖維、不可紡毛纖維或廢棄毛纖維料。
【文檔編號(hào)】C01B31/12GK106006638SQ201610351083
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】鄒專勇
【申請人】紹興文理學(xué)院