[发明专利]一种制备沥青基氧化球的方法

说明书

本发明公开了一种成球及氧化不融化同步进行制备沥青基氧化球的方法，属于活性炭的制备领域。本发明提供的制备沥青基氧化球的具体过程为：将中低温沥青、导热剂和含C、H、O、N的改性剂置于高压反应釜中加热混合均匀，得到改性沥青，经破碎筛分后，在含不同氧浓度的空气中吹扫，加热氧化；沥青颗粒在氧化过程中，依靠自身表面张力，收缩成球的同时分子氧化交联固化，维持住球形形貌。本发明直接以中低温沥青为原料，首次实现了干法成球与氧化不融化过程的同步完成，制备过程简单，耗时短，成本低；解决了原料成本高，成球与氧化不融化分阶段进行，以及加萘‑除萘过程冗杂等的问题；所得产品球形度好，可进一步产业化。

技术领域

本发明涉及一种制备沥青基氧化球的方法，具体地说是一种成球及氧化不融化同步进行制备沥青基氧化球的方法，属于活性炭的制备领域。

背景技术

与商业粉状、粒状、柱状活性炭相比，沥青基球状活性炭因其特有的球形形貌而展现出流动性好、机械强度高、装填密度高、电导率高和生理相容性好等优势，使得它们在血液净化、空气净化、军用防护、航空航天、国防军事、电子、环保等高尖端领域都有广泛的应用潜力。通常，沥青基球状活性炭的制备过程包括：沥青调制-成球-萃取分离-氧化不融化-炭活化。其中，成球和氧化不融化过程是决定沥青球形貌的关键步骤，也是目前制备活性炭所必须经历的步骤。

目前，传统的沥青球的成球方法是悬浮法，即利用沥青分子的热塑性在表面张力作用下成球，所用的原材料是特高软化点沥青，其软化点一般高达250℃以上，而如此之高软化点的沥青是通过将中低温沥青预先热缩聚后获得的，热缩聚过程收率低于40%，且空气污染严重。而特高软化点沥青成球时，还需加入减粘剂（一般使用萘），以保证沥青成球所需的塑性，因此在进行氧化不融化之前必须将减粘剂予以脱除，之后才能进行氧化不融化。也即从沥青到获得氧化不融化后的小球至少需要成球、除萘、以及氧化不融化才能得到沥青氧化球，如中国专利CN 109052397 A将软化点为240-280℃的高温煤沥青与10-35%精萘混合均匀改性，得到低软化点的调制沥青，破碎筛分，通过悬浮法成球，再用有机溶剂石油醚、甲苯等有机溶剂萃取10-20 h，然后通过空气扩散，进行后期氧化稳定化。中国专利CN106348290 A将高软化点沥青与20-50%萘混合均匀改性，通过悬浮法成球，随后再经含SO₂的空气进行氧化稳定化。

除此之外，沥青球的制备方法还有乳化法、熔体造粒法和喷雾造粒法等。例如，中国专利CN 109399632 A将中低温沥青与改性剂混匀后加入反应釜中加热改性0.5-4 h，得到的改性沥青颗粒通过乳化法成球，再经氧化不融化处理。中国专利CN 108395899 A通过熔体造粒法制备沥青基球形活性炭，将熔体沥青以液滴形式喷入水冷容器中，沥青液滴在水中依靠自身张力收缩冷却成球，再进行后续的氧化不融化。中国专利CN 109368639 A以软化点为160-260℃的煤沥青为原料，与改性剂混匀后，加入到喷雾造粒机中，进行喷雾造粒，得到沥青球，再经氧化不融化处理。由此可见，以上沥青氧化球的制备工艺都是将成球过程和氧化不融化过程分阶段进行的。其中，熔体造粒法会因相互碰撞发生黏连，使得球形不规则，表面粗糙，球径偏大且难以控制；而喷雾造粒法对液滴大小、气相介质或液体要求很严格，所得球球径很小，难以达到毫米级；乳化法和悬浮法可通过调控原料颗粒大小来控制球径，但比较而言，乳化法得到的球径分布范围较宽。

综上所述，沥青基氧化球的制备通常选用特高温沥青为原料，而市场上特高软化点沥青数量极少，需要专门预定，且其价格远远高于中低温沥青；在高软化点沥青进行成球之前，必须预先将萘熔融到其中，所得改性沥青在成球之后还需要再用溶剂将萘萃取脱除，也即必须经历加萘-除萘过程，由此造成处理过程中萘的挥发逸出而产生严重的环境污染，而且也将对产品的稳定性造成极大影响；现有技术中成球和氧化不融化必须单独进行，且氧化不融化过程缓慢，使得制备成本高昂，周期长，操作复杂。

发明内容