[发明专利]一种工业VOCs处理用高性能颗粒活性炭制备方法

说明书

本发明提出的是一种工业VOCs处理用高性能颗粒活性炭的方法，即以木质纤维素类原料与磷酸混合加热进行酸水解糖化处理，使混合料具备可塑性，经捏合后成型为柱状，经150～300℃的干燥固化后在370～500℃活化可以制备出具有高性能的木质成型颗粒活性炭：球磨强度≥90％，四氯化碳吸附率(CTC)≥80％，BWC≥11g/100ml。本发明具有低能耗、高吸附性能和高得率的优点；与碱法(KOH,NaOH,K₂CO₃等)相比，本技术有活化剂易于回收、成本低和环境污染轻等优点。

技术领域

本发明涉及一种由木质纤维素类原料浸渍磷酸，加热酸水解糖化，在低温370～500℃下制备工业VOCs处理用高性能颗粒活性炭的方法。

背景技术

木材加工剩余物是一个有巨大潜力的战略资源，通过热解、化学物理活化和精制改性技术进行加工利用，开发出利于国计民生的活性炭材料系列重要产品，尤其是应用于危害人类健康的气相污染物处理的颗粒活性炭吸附材料，是高效和高附加值利用木材加工剩余物的主要途径，也是建设我国发达的林业产业体系的重要组成部分，在国民经济、生态环境和社会可持续发展中具有重要的战略地位。

国外已开发出木质定型活性炭广泛用于VOCs的吸附回收，尤其是在汽油蒸汽和高价值的有机溶剂回收等方面。20世纪80年代美国美德维实伟克(MeadWestvac)公司和美国卡尔冈(Calgon)炭素、荷兰诺芮特(Norit)公司、日本三菱公司等研制出利用磷酸活化法制备高强度、高吸附力的VOCs回收用颗粒活性炭和配套设备，广泛应用于汽油装卸码头和加油站，每年回收数亿加仑的汽油。我国仿制的该类颗粒活性炭仍与国外先进水平存在不小差距，主要是强度低、饱和吸附量低、脱附残存率高。且国内仅有少数中外合资企业能生产该产品，产量在2000～3000吨/年左右，远不能满足20000吨/年以上的需求。

美国专利US5206207、US5324703等采用木质原料经磷酸在480℃下(专利内无停留时间)活化制备了VOCs处理用颗粒活性炭，但其工艺周期过长，能源消耗较大，磷酸浓度过高(85％)且有部分步骤较难控制。

发明内容

为了解决现有技术存在的磷酸浓度过高、生产周期长、能源消耗大、孔分布不集中等缺点，本发明提供了一种简化了的工业VOCs处理用高性能颗粒活性炭的方法。

本发明的技术方案为：一种工业VOCs处理用高性能颗粒活性炭的方法，包括木屑与活化剂的混合、成型、干燥固化、活化、洗涤干燥工序，木屑与活化剂的混合步骤具体是一个酸水解糖化过程，先将质量浓度为50～60％的磷酸与木屑按照纯磷酸与绝干木屑质量比为1.2：1～2.6:1的比例进行混合，在酸水解糖化处理混合物料达到常规的能成型的粘度后进入成型工序，酸水解糖化处理温度为100～150℃，时间1～2小时；成型工序为是在室温下，混合物料在捏合机中捏合1～10分钟进入成型机成型为柱状或颗粒状活性炭；干燥固化在烘箱中进行，温度为150～280℃，干燥固化时间为1～4小时。

所用木屑为各种木材加工剩余物，所述的木材加工剩余物粉碎至20～50目，控制水分含量为5～15％wt。

活化在马弗炉中进行，温度为370～500℃，活化时间为20～70分钟。

理论研究发现，高于80％浓度的磷酸可以使木质纤维素类原料中天然多糖均匀的溶解。天然多糖的水解过程。在浓溶液中当水缺乏时，就引起水分子被无机酸分子包围，以上过程就很难发生。只有当方程左边的水分子足够多时水解产物才能大量生成。当水分极其缺乏时，这个过程就不会得到单糖，而停留在糊精产物阶段，若在无水介质中则几乎不进行反应，此时，自然界的多糖的链分裂并在酸分子的根分裂处与之结合。