[发明专利]木质颗粒活性炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车碳罐用活性炭及制备方法领域，特别是指一种化学活化法与物理活化法相结合的木质颗粒活性炭及其制备方法。

背景技术

目前，随着汽车排放标准的日益严格和汽车尾气净化技术的成熟应用，燃油蒸发后尾气中的碳氢化合物在整车排放中的比例逐渐提高。碳罐是汽油车燃油蒸发控制的关键部件，其核心材料是汽油吸附、脱附用的成型活性炭。碳罐技术要求的成型活性炭具有高的比表面积和高强度，需有效孔容达2-5mn，必须具有快速吸附和脱附汽油的功能。因此采用化学法和化学物理法相结合的办法是制备高比表面积和大孔容活性炭的有效途径，也是成型与活化一体化制备汽车碳罐活性炭的发展趋势。而目前在我国汽车生产领域采用的汽车碳罐活性炭的生产工艺是采用木屑为原料，经粉碎、混合、挤压成型、干燥、炭化、活化而制成，这样生产出来的活性炭具有以下几点缺陷：(1)强度低，因为木屑在通过与化学活化剂磷酸搅拌挤压成型，然后再高温炭化活化，而木屑成型后在高温炭化活化当中势必会产生缩水和开裂现象，且在生产当中会产生炭与炭之间的相互摩擦和碰撞，因此会大大降低活性炭的强度，产品强度低，力度不均匀，掉粉严重，易碎。(2)吸附和脱附性能差，使用寿命低。这种先成型后炭化活化的生产工艺是不能满足市场高品质成型活性炭的生产需要的，因为活性炭在炭化活化过程当中主要是制造有效孔径和孔容，也就是说有效孔径孔容越多、越发达活性炭的吸附和脱附性能就越好，现有传统工艺是采用先成型后活化的生产工艺，这种生产工艺是将木屑经过筛选烘干，然后加入磷酸溶液进行内核搅拌制成木质颗粒，再经过炭化活化得到的产品，这种生产工艺得到的产品，它的孔隙结构和孔径孔容的分布是不均匀的，在通过孔隙结构和比表面积分析仪检测中发现，其表面的孔径有2-7mn，比表面积有1500 m²/g，而颗粒中间部分的只有0.5-2mn，比表面积只有800左右；因此，传统工艺生产的汽车碳罐活性炭只能表面吸附，这样生产出来的活性炭只有表面具有一定的孔径孔容和功能团，里面是很难有达标的孔径孔容的，因此它的性能和工作容量会大打折扣，从而导致它的使用寿命短，性能差等缺陷。(3)气体流动阻力大，因为活性炭的孔径孔容越发达，它的气体流动阻力就越少，而上述这种生产工艺只有表面具有一定的孔径孔容，而炭的中间得不到有效的炭化活化，从而导致炭柱的里面没有孔径孔容，所以它对气体的流动阻力大，不利于活性炭对挥发性溶剂的吸附和脱附，降低回收利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种强度高，有效孔径孔容更发达、分布更均匀、吸附和脱附性能好、气体流动阻力小的木质颗粒活性炭。

本发明提出一种木质颗粒活性炭，其主要原料成份重量比为木质活性炭粉末∶有机纳基膨润土∶水＝1∶0.2-0.25∶0.8-1.0，将三种原料搅拌均匀后造粒，造粒晾干后进行物理活化后制得，所述木质活性炭粉末由经陈化的木屑与浓度为85％热法食品级磷酸按照木屑∶热法食品级磷酸＝1∶1.2-1.5的重量比混合，充分搅拌静渍后，再经高温炭化活化、回收、漂洗、晾干、制粉而成。

优选地，其为柱状或球状颗粒活性炭，粒径和长度一般控制在粒径2.0mm，长度3- 6mm。

本发明还提出一种木质活性炭的制备方法，包括二个主要的工序，

第一个工序为制木质活性炭粉末，包括以下步骤：

A、配料：选用陈化后的杉木木屑，其含水率控制在12-16％；选用浓度为85％热法食品级磷酸，按照杉木木屑∶热法食品级磷酸＝1∶1.2-1.5的比例掺兑，捏合搅拌均匀后并静渍30分钟以上；

B、高温炭化：炭化温度250-300℃，炭化时间45-55分钟；

C、活化：活化温度470-500℃、活化时间55-65分钟

D、漂洗、晾干：洗去磷酸并回收，晾干木屑；

E、制粉：将晾干后的木屑烘干，并擂磨成粉末，达300目过95％；

第二个工序为制木质颗粒活性炭，包括以下步骤：

F、混料∶按照木质活性炭粉末∶有机纳基膨润土∶水＝1∶0.2-0.25∶0.8-1.0的重量比，将有机纳基膨润土、水掺入制好的木质活性炭粉末中，使三种原料搅拌均匀，搅拌时间为40分钟以上；

G、造粒：用螺杆挤条机或液压造粒机进行成型造粒，造粒后晾干至水分为30％- 40％；

H、二次物理活化：将晾干后的颗粒放入的外燃式转炉内，升温至炉膛内生产温度为 645℃-655℃时，通入高温水蒸汽进行二次活化，同时还通入一定量的氮气；

I、冷却、筛分：用冷却机进行30分钟以上的冷却后筛分。