[发明专利]一种空气活化法生产酸性颗粒活性炭的工艺

说明书

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及到一种空气活化法生产酸性颗粒活性炭的工艺。

背景技术

活性炭是一种多孔质炭材料，具有发达的孔隙结构和大的比表面积，作为一种优良的吸附剂，早已广泛应用于环境保护、化学工业、食品工业、湿法冶金、药物精制、军事化学保护等众多领域。活性炭的生产方法主要是气体活化法和化学药品活化法。气体活化法主要包括水蒸气活化法和二氧化碳活化法。在实际过程中主要使用水蒸气活化法生产活性炭。与化学药品活化法相比，气体活化法的活化温度通常高于800℃，适宜生产具有较高强度的颗粒活性炭，且生产得到的活性炭的表面官能团主要为碱性官能团，活性炭显碱性，为碱性活性炭，有利于吸附酸性物质。在气体活化法中，理论上空气也是一种有效的活化剂，且比水蒸气和二氧化碳更加廉价易得，因此，在成本上应该更加具有优势。然而，由于氧气和碳所发生的氧化还原反应是一个剧烈放热反应，且反应速率很快，因此，当空气作为活化剂活化原料炭时，空气来不及渗透到原料炭的内部，就在炭表面上由于氧化反应的发生而被消耗掉，最终导致炭表面的不断烧蚀而不能在原料炭内部形成孔隙，达不到活化效果。而且由于空气活化所发生的氧化反应热高，易在活化过程中在活化炉内形成“飞温”现象，难以控制活化温度，因此，实际过程中基本不采用空气活化法生产活性炭。

目前，生产酸性活性炭的主要方法是化学药品活化法，它主要包括磷酸活化法和氯化锌活化法。化学药品活化法由于其活化温度较低(通常低于600℃)，在活性炭表面上还保留有较多的在较高温度下易分解的酸性功能团(如羧基)，因此生产得到的活性炭显酸性，为酸性活性炭，有利于吸附碱性物质。对于一些如氨气等碱性气体的吸附场合，通常是采用固定床吸附装置，因此，需要有较高强度的酸性活性炭。而生产酸性活性炭的化学试剂活化法通常得到的是粉状活性炭或强度较差的颗粒活性炭。因此，在实际生产过程中，难以生产出强度较高的酸性颗粒活性炭。一些研究工作者采用如臭氧等强氧化剂液相氧化碱性活性炭或对水蒸气活化生产的颗粒活性炭进行改性等方法研究制备了酸性颗粒活性炭，并用于一些碱性气体的去除。

本专利是通过控制空气活化过程中原料炭表面上发生氧化反应的几率，克服了以往空气活化法中由于原料炭表面的不断烧蚀而不能形成孔隙的技术难题，发展了一种廉价的空气活化法，并利用这一方法可以生产出酸性颗粒活性炭这种新型的活性炭品种。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空气活化法生产酸性颗粒活性炭的工艺，该工艺解决了在空气活化过程中，由于空气的剧烈氧化而不断烧蚀炭表面，不能有效发展炭中孔隙的技术难题，从而使工业上利用廉价的空气活化法生产活性炭具有可行性，并能生产出酸性颗粒活性炭这种新型的活性炭品种。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种空气活化法生产酸性颗粒活性炭的工艺，该方法包括如下步骤：

(1)将原料炭粉碎至一定粒度，然后与磷酸溶液混合，使原料炭被磷酸溶液完全浸泡；

(2)将步骤(1)得到的混合物料，在常温下搅拌浸渍1～2h，然后过滤，将原料炭在100～200℃条件下干燥5h以上；

(3)在通入空气条件下，经步骤(2)处理后的原料炭升温至750～950℃，然后在空气中活化1～2h，待活化料冷却后取出，用水洗涤活化料至滤液的pH值为6～7，在100～120℃下干燥至衡重，得到酸性颗粒活性炭产品。

步骤(1)中，所述的原料炭为木炭、竹炭、果壳炭、农作物加工剩余物的炭化物或煤。所述的果壳炭为椰壳炭、桃壳炭、油茶壳炭和杏核炭中的任意一种或几种；所述的农作物加工剩余物为棉秆、烟杆和玉米秆中的任意一种或几种。

步骤(1)中，原料炭粉碎至8～60目，优选20～40目。

步骤(1)中，所述的磷酸溶液的质量百分浓度为10～60％，优选20～40％。

步骤(3)中，活化过程中，通入空气的质量与原料炭的质量比控制在(0.5～1.5)∶1之间。所述的空气流量大小取决于升温至750～950℃后从活化开始到活化完毕这一阶段所通入的空气总质量(经换算)与原料炭的质量比，本发明中要求其质量比控制在(0.5～1.5)∶1之间。

步骤(3)中，优选的是，将干燥后的原料炭升温至800～900℃。