一種超聲波輔助分散制備高比表面積活性炭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波輔助分散制備高比表面積活性炭的方法，屬于活性炭制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭作為一種碳素材料，主要以木材、果殼、煤等原料經(jīng)碳化活化而成。其中，煉油廠石油焦資源豐富，分布廣，價格低，其碳含量比其他原料高得多，生產(chǎn)的活性炭收率高、比表面積大。另外，石油焦的灰分、揮發(fā)份低，生產(chǎn)的活性炭雜質(zhì)含量低，可用于生產(chǎn)性能優(yōu)良的活性炭。由于石油焦結(jié)構(gòu)非常致密，結(jié)晶度高，缺乏活化所需要的初孔，所以活化困難。通常采用大量的強堿來活化成孔。
[0003]制備活性炭的方法一般有氣體活化法將原料先進(jìn)行炭化然后在600?1200°C下對炭化物進(jìn)行活化，該法常用的活化性氣體是水蒸氣和二氧化碳。物理活化法工藝特點是活化溫度高，一般在1000°c左右，設(shè)備投資大，與物理活化相比化學(xué)活化的優(yōu)點是活化時間短、活化溫度低。但是，大量堿的使用提高了生產(chǎn)成本，而且高溫下對設(shè)備有較強腐蝕作用，對環(huán)境污染嚴(yán)重。上世紀(jì)年代中期通過石油焦制活性炭的技術(shù)，但由于堿用量很大，易污染環(huán)境，所以需要一種投入成本低，對環(huán)境無污染的方法很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對目前制備活性炭采用物理活化法活化溫度較高，投入成本較大，化學(xué)活化法污染嚴(yán)重，對設(shè)備有腐蝕作用的問題，提供了一種投入成本小且綠色無污染的方法，本發(fā)明通過氧化鈣與水反應(yīng)，將制備的濾液通過聚乙烯醇和二氧化碳攪拌混合制備納米碳酸鈣粉體，隨后，在高溫高壓作用下，將納米碳酸鈣粉體對正在炭化的活性炭進(jìn)行負(fù)載，使其形成鑲嵌的狀態(tài)，隨后，在高溫作用下，一部分活性炭表面納米碳酸鈣進(jìn)行分解，并在去離子水和鹽酸作用下腐蝕并分解，最終制備得一種高比表面積活性炭，通過上述方法制備的活性炭比表面積大，可達(dá)300?350m2/g。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是:
(1)按質(zhì)量比1:1，將氧化鈣粉末與蒸餾水在三口燒瓶中攪拌混合，使其反應(yīng)并形成氫氧化鈣濁液，待攪拌15?20min后，用180?200目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行過濾，收集濾液，使其自然冷卻至20?25°C ；
(2)待冷卻完成后，按濾液和聚乙烯醇體積比10:1，將聚乙烯醇添加至濾液中，攪拌混合并持續(xù)通入體積濃度為20?30%的二氧化碳?xì)怏w，使其碳化反應(yīng)，控制溫度為10?25 °C，攪拌速度為600?800r/min，待攪拌至pH為7.5?8.0后，停止通入二氧化碳并對其抽濾，收集濾渣并置于80?90°C烘箱中干燥10?12h，隨后對其碾磨，過篩，制備得600?800目納米碳酸鈣粉末；
(3)取玉米秸桿用清水洗凈后，將其自然晾干并置于粉碎機中粉碎，并置于100?150°C烘箱中烘干2?3h，待烘干完成后，過篩，得30?50目的秸桿顆粒，按質(zhì)量比1:10，將納米碳酸鈣粉末與秸桿顆粒攪拌混合，并置于150?270°C馬弗爐中，通入氮氣排除空氣，進(jìn)行初步炭化，繼續(xù)通入氮氣直至壓力為0.3?0.5MPa ；
(4)待初步炭化完成后，再以10°C/min的速率緩慢升溫至600?850°C，繼續(xù)充入氮氣直至壓力為0.5?1.0MPa進(jìn)行碾磨混合，保溫炭化8?10h，待煅燒完成后讓其自然冷卻至20?30°C，然后對其碾壓并過篩，制備得80?120目的納米碳酸鈣負(fù)載活性炭顆粒；
(5)按固液質(zhì)量比1:10，將上述制得的納米碳酸鈣負(fù)載活性炭顆粒與去離子水在20?30 °C下攪拌混合，并用200?300W超聲波分散裝置，邊攪拌邊分散，攪拌速度為600?800r/min，待攪拌至無氣泡產(chǎn)生，停止攪拌，制備得混合池液；
(6)隨后按體積比1:1，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50?60%的鹽酸加入上述混和濁液中，增大超聲波功率至350?450W，輔助分散攪拌混合至測其pH為5.5?6.0，且無氣泡產(chǎn)生后，停止攪拌并對其過濾，收集濾渣并置于80?90°C烘箱中干燥10?12h，即可制備得高比表面積活性炭。
[0006]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將制備的高比表面積活性炭填充至帶夾壁的恒溫水浴吸附床內(nèi)，其內(nèi)徑為1cm，長為10cm，活性炭填充量為3.5g，吸附床要填實以防止金屬離子溶液流經(jīng)過程中形成溝流而影響脫除效果，待接上25°C循環(huán)水后，吸附處理5?6h，鎂離子濃度由80mg/L降至0.5mg/L，吸附率為99%。
[0007]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明制備方法簡單，成本低，制備過程中無雜質(zhì)產(chǎn)生，無任何污染，所得成品易分離；
(2)所制備的活性炭比表面積大，可達(dá)300?350m2/g。
【具體實施方式】
[0008]首先按質(zhì)量比1:1，將氧化鈣粉末與蒸餾水在三口燒瓶中攪拌混合，使其反應(yīng)并形成氫氧化鈣濁液，待攪拌15?20min后，用180?200目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行過濾，收集濾液，使其自然冷卻至20?25°C ;待冷卻完成后，按濾液和聚乙烯醇體積比10:1，將聚乙烯醇添加至濾液中，攪拌混合并持續(xù)通入體積濃度為20?30%的二氧化碳?xì)怏w，使其碳化反應(yīng)，控制溫度為10?25°C，攪拌速度為600?800r/min，待攪拌至pH為7.5?8.0后，停止通入二氧化碳并對其抽濾，收集濾渣并置于80?90°C烘箱中干燥10?12h，隨后對其碾磨，過篩，制備得600?800目納米碳酸鈣粉末；取玉米秸桿用清水洗凈后，將其自然晾干并置于粉碎機中粉碎，并置于100?150°C烘箱中烘干2?3h，待烘干完成后，過篩，得30?50目的秸桿顆粒，按質(zhì)量比1:10，將納米碳酸鈣粉末與秸桿顆粒攪拌混合，并置于150?270°C馬弗爐中，通入氮氣排除空氣，進(jìn)行初步炭化，繼續(xù)通入氮氣直至壓力為0.3?0.5MPa ;待初步炭化完成后，再以10°C /min的速率緩慢升溫至600?850°C，繼續(xù)充入氮氣直至壓力為0.5?1.0MPa進(jìn)行碾磨混合，保溫炭化8?10h，待煅燒完成后讓其自然冷卻至20?30°C，然后對其碾壓并過篩，制備得80?120目的納米碳酸鈣負(fù)載活性炭顆粒；按固液質(zhì)量比1:10，將上述制得的納米碳酸鈣負(fù)載活性炭顆粒與去離子水在20?30°C下攪拌混合，并用200?300W超聲波分散裝置，邊攪拌邊分散，攪拌速度為600?800r/min，待攪拌至無氣泡產(chǎn)生，停止攪拌，制備得混合濁液；隨后按體積比1:1，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50?60 %的鹽酸加入上述混和濁液中，增大超聲波功率至350?450W，輔助分散攪拌混合至測其pH為5.5?6.0，且無氣泡產(chǎn)生后，停止攪拌并對其過濾，收集濾渣并置于80?90°C烘箱中干燥10?12h，即可制備得高比表面積活性炭。
[0009]實例1
首先按質(zhì)量比1:1，將氧化鈣粉末與蒸餾水在三口燒瓶中攪拌混合，使其反應(yīng)并形成氫氧化鈣濁液，待攪拌15min后，用180目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行過濾，收集濾液，使其自然冷卻至20°C ;待冷卻完成后，按濾液和聚乙烯醇體積比10:1，將聚乙烯醇添加至濾液中，攪拌混合并持續(xù)通入體積濃度為20%的二氧化碳?xì)怏w，使其碳化反應(yīng)，控制溫度為10°C，攪拌速度為600r/min,待攪拌至pH為7.5后，停止通入二氧化碳并對其抽濾，收集濾渣并置于80°C烘箱中干燥10h，隨后對其碾磨，過篩，制備得600目納米碳酸鈣粉末；取玉米秸桿用清水洗凈后，將其自然晾干并置于粉碎機中粉碎，并置于100?150°C烘箱中烘干2h，待烘干完成后，過篩，得30目的秸桿顆粒，按質(zhì)量比1:10，將納米碳酸鈣粉末與秸桿顆粒攪拌混合，并置于150°C馬弗爐中，通入氮氣排除空氣，進(jìn)行初步炭化，繼續(xù)通入氮氣直至壓力為0.3MPa ;待初步炭化完成后，再以10°C /min的速率緩慢升溫至600°C，繼續(xù)充入氮氣直至壓力為0.5MPa進(jìn)行碾磨混合，保溫炭化8h，待煅燒完成后讓其自然冷卻至20°C，然后對其碾壓并過篩，制備得80目的納米碳酸鈣負(fù)載活性炭顆粒；按固液質(zhì)量比1:10，將上述制得的納米碳酸鈣負(fù)載活性炭顆粒與去離子水在20°C下攪拌混合，并用200W超聲波分散裝置