一種超純活性半焦的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超純活性半焦的制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的飛速發(fā)展，環(huán)境污染也日益嚴(yán)重，尤其是水污染，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)缺水國(guó)家來(lái)說(shuō)，日趨嚴(yán)重的水污染更進(jìn)一步加劇了水資源的消耗。因此，保護(hù)水資源、防治水污染、改善水環(huán)境是我們堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而工業(yè)廢水在水污染方面尤其嚴(yán)重，所以在工業(yè)污水處理方面的工作顯得更加重要。
[0003]吡啶廢水是工業(yè)廢水中較難處理的一類(lèi)廢水，由于其污染物濃度相對(duì)較高，在采用傳統(tǒng)的生物方法處理之前，常需要對(duì)原水進(jìn)行稀釋處理，這樣既浪費(fèi)水資源，同時(shí)也增加了廢水處理量。因此采用合適的方法對(duì)廢水進(jìn)行前處理，使其污染物濃度能滿(mǎn)足生化處理系統(tǒng)的進(jìn)水要求，在水處理工藝中十分重要。
[0004]活性炭是目前應(yīng)用最廣泛的治理工業(yè)廢氣和廢水的吸附劑，但是由于活性炭的價(jià)格昂貴，而且硬度很低，再生炭損失嚴(yán)重，從而致使成本居高不下，難以大規(guī)模的生產(chǎn)，隨著各種工業(yè)尾氣、廢水處理的不斷增加，活性炭的消耗日益增多，為此尋求較為廉價(jià)的其他炭基材料代替活性炭的研究課題應(yīng)運(yùn)而生。
[0005]半焦是煤泥、褐煤和高揮發(fā)分的煙煤等經(jīng)500°C?700 °C低溫干餾得到的固體產(chǎn)物。通常，半焦是沒(méi)轉(zhuǎn)化為液體和氣體燃料過(guò)程中的副產(chǎn)品或中間產(chǎn)品，有固定碳高、比電阻高、比化學(xué)性高、含灰分低、鋁低、硫低、磷低的特性。半焦價(jià)格低廉且性質(zhì)與活性炭相近，因此半焦是最為合理也是最為有前途的替代材料。然而采用現(xiàn)有工藝制備的半焦的灰分偏高，比表面積小，主要用于民用燃料和發(fā)電，附加值低，用途非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超純活性半焦的制備方法。該方法采用煤為原料，通過(guò)低溫干餾燒制得到半焦，然后采用ZnCl2-水蒸氣聯(lián)合活化處理后得到活性半焦，活化后制得的活性半焦增加了含氧官能團(tuán)的含量，提高了半焦表面酸堿性，從而增強(qiáng)其吸附性能;采用酸堿浸漬技術(shù)降低了半焦樣品的灰分，形成發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)，有利于活性半焦吸附吡啶。該方法通過(guò)吸附有效的處理含吡啶廢水中的污染物，可以因地制宜用于水源水的預(yù)處理，也可用于廢水深度處理，處理效果與活性炭相差甚微，卻克服了活性炭?jī)r(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，是一種簡(jiǎn)單易行、無(wú)污染、有發(fā)展前途的水處理介質(zhì)。不僅對(duì)于吡啶廢水的深度處理提供優(yōu)質(zhì)的吸附材料，而且給半焦的使用提供新的利用途徑，提高其使用價(jià)值。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0008]步驟一、將煤樣置于箱式加熱爐中，以10°C/min?20°C/min的升溫速率升溫至500°C?700°C后保溫20min?50min進(jìn)行低溫干餾處理，然后水冷至25°C室溫，得到半焦；
[0009]步驟二、將步驟一中所述半焦置于破碎機(jī)中破碎，再將破碎后的半焦和氯化鋅按質(zhì)量比1:(2.5?3.5)混合均勻，得到半焦和氯化鋅的混合物，然后將半焦和氯化鋅的混合物置于管式爐中，采用氮?dú)馀懦隣t內(nèi)空氣后，以5°C/min?10°C/min的升溫速率進(jìn)行升溫，并在升溫的同時(shí)向管式爐內(nèi)通入水蒸氣，使半焦在溫度為700°C?800°C，水蒸氣流量為40mL/min?100mL/min的條件下活化1.5h?2.5h，之后停止通入水蒸氣，隨爐冷卻后得到活性半焦和氯化鋅的混合物；
[0010]步驟三、將步驟二中所述活性半焦和氯化鋅的混合物與去離子水混合均勻，得到第一漿液，然后將所述第一漿液加入氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿浸處理，過(guò)濾后得到濾餅；
[0011 ]步驟四、將步驟三所述濾餅與去離子水混合均勻，得到第二漿液，然后將所述第二漿液置于鹽酸溶液中進(jìn)行酸浸處理，之后依次進(jìn)行過(guò)濾、洗滌和干燥處理，最終得到灰分不大于4%的超純活性半焦。
[0012]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟三中所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為10%?30%。
[0013]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟三中所述堿浸處理的時(shí)間為1min ?40min。
[0014]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟三中所述第一漿液與氫氧化鈉溶液的體積比為1: (3?4)。
[0015]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟三中所述第一漿液中活性半焦的濃度為30g/L?50g/L。
[0016]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟四中所述鹽酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為25%?35%。
[0017]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟四中所述酸浸處理的時(shí)間為 40min ?60min。
[0018]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟四中所述第二漿液與鹽酸溶液的體積比為1: (3?5)。
[0019]上述的一種超純活性半焦的制備方法，其特征在于，步驟四中所述第二漿液中濾餅的濃度為30g/L?50g/L。
[0020]另外，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述方法制備的超純活性半焦吸附吡啶的方法，其特征在于，該方法為:將所述超純活性半焦加入到含吡啶的水體中混合均勻，然后置于振蕩器中振蕩2h?3h，之后靜置I?2天后取上清液，得到處理后的水體;所述含吡啶的水體中吡啶的濃度為30mg/L?200mg/L，所述超純活性半焦的加入量為每升含吡啶的水體中加入30g?50g超純活性半焦。
[0021 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、本發(fā)明公開(kāi)了一種制備超純活性半焦的方法，并將其用于吸附吡啶。本發(fā)明先采用煤經(jīng)低溫干餾燒制獲得半焦，然后用ZnCl2-水蒸氣聯(lián)合活化工藝制得活性半焦。活性半焦增加了含氧官能團(tuán)的含量，提高了半焦表面酸堿性，從而增強(qiáng)其吸附性能;之后采用酸堿浸漬技術(shù)，顯著降低了半焦樣品的灰分，使活性半焦的灰分不大于4%，屬于超純范疇，并形成發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)，有利于活性半焦吸附廢水中的吡啶。
[0023]2、本發(fā)明制備的超純活性半焦的吸附性能大大提高，適用于處理吡啶廢水，顯著減少環(huán)境污染。
[0024]3、本發(fā)明所制半焦為經(jīng)ZnCl2-水蒸氣聯(lián)合活化改性后的超純活性半焦，將其用于處理吡啶廢水，水體的COD值大大降低，活性半焦較原料半焦生成更豐富的微孔，平均孔徑減小，比表面積增大。
[0025]4、本發(fā)明所制備的超純活性半焦大大降低了吸附劑的成本，超純活性半焦的吸附性能和活性炭差不多，而價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于活性炭，具有很強(qiáng)的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0026]5、本發(fā)明通過(guò)化學(xué)脫灰法提高半焦的品質(zhì)，增加附加值，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)，還能夠延長(zhǎng)以低變質(zhì)煤熱解分質(zhì)高效轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少半焦利用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響和破壞；另外，有利于促進(jìn)半焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展，打造能源化工基地，對(duì)增加政府財(cái)政收入有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0027]6、將本發(fā)明制備的超純活性半焦用于處理吡啶廢水，具有吸附力強(qiáng)、具有吸附量大、吸附速率快、用量少、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的發(fā)展應(yīng)用前景。
[0028]綜上所述，本發(fā)明先采用煤為原料低溫干餾燒制獲得半焦，然后采用ZnCl2-水蒸氣聯(lián)合活化工藝得到具有豐富微孔、高比表面積、價(jià)格低廉、耐酸、耐堿、熱穩(wěn)定性能好的活性半焦，接著通過(guò)化學(xué)脫灰法提高活性半焦的品質(zhì)，最終得到超純活性半焦。本發(fā)明利用吸附有效的處理水中的污染物，可以因地制宜用于水源水的預(yù)處理，也可用于廢水深度處理，處理效果與活性炭相差甚微，卻解決了活性炭?jī)r(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，是一種簡(jiǎn)單易行、無(wú)污染、有發(fā)展前途的水處理介質(zhì)。不僅對(duì)于吡啶廢水的深度處理提供優(yōu)質(zhì)的吸附材料，而且給半焦的使用提供新的利用途徑，提高其使用價(jià)值，同時(shí)還可以延長(zhǎng)以低變質(zhì)煤熱解分質(zhì)高效轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少半焦利用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響和破壞，另外有利于促進(jìn)半焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展、打造能源化工基地，對(duì)增加政府財(cái)政收入有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031 ]本實(shí)施例超純活性半焦的制備方法包括以下步驟:
[0032]步驟一、將煤樣置于箱式加熱爐中，以15°C/min的升溫速率升溫至600°C后保溫30min進(jìn)行低溫干餾處理，然后水冷至25°C室溫，得到半焦；
[0033]步驟二、將步驟一中所述半焦置于破碎機(jī)中破碎，再將破碎后的半焦和氯化鋅按質(zhì)量比1:3混合均勻，得到半焦和氯化鋅的混合物，然后將半焦和氯化鋅的混合物置于管式爐中，采用氮?dú)馀懦隣t內(nèi)空氣后，以8°C/min的升溫速率進(jìn)行升溫，并在升溫的同時(shí)向管式爐內(nèi)通入水蒸氣，使半焦在溫度為7500C，水蒸氣流量為80mL/min的條件下活化2h，之后停止通入水蒸氣，隨爐冷卻后得到活性半焦和氯化鋅的混合物；
[0034]步驟三、將步驟二中所述活性半焦和氯化鋅的混