一种气化煤焦油废渣制备磁性粉末活性炭的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备磁性粉末活性炭的方法，具体是一种采用气化煤焦油废渣分离处理及制备磁性粉末活性炭的方法。
【背景技术】
[0002]气化煤焦油废渣是粗煤气在冷却时产生的高压含尘煤气水和来自气化工段的低压含尘煤气水以及开车来的低压含尘煤气水等多路共同进入含尘煤气水膨胀器中膨胀至常压，煤气水中溶解的气体闪蒸分离出来成为膨胀气。煤气水靠重力进入初焦油分离器，在焦油分离器内依靠重力沉降的原理，利用不同组分的密度差，将煤气水分为焦油与中油、酚水、焦油与粉尘三层。其中位于上面两层中的轻质焦油与中油、酚水经侧线采出被分别送到专门的处理装置内进行深入加工，位于最下层的就是沉降在焦油分离器下部锥体中的粘稠的含煤尘焦油和大部分重焦油，混合形成了废渣。它是一种工业废渣，除含有苯类、酚类、萘类等多种有毒物质以外，还含有苯并(a)芘等多种对生物体有致癌作用的有机化合物，直接外排会对附近土壤、地下水和大气等周围环境造成严重的污染，直接燃烧会因燃烧条件不足导致燃烧不完全而产生大量含有多环芳烃的废气排入大气，造成严重的污染，因此必须对其进行合理地处理。
[0003]实验结果表明，气化煤焦油废渣中含有大量的固定碳和有机挥发物，发热值在8000kcal/kg左右，是一种有用的二次能源，为了实现节能减排，将气化煤焦油废渣进行有效地处理和利用，用简单、适宜的方法来处理和回收其中的资源与能源，使之化害为利变废为宝，是解决气化煤焦油废渣的最佳途径。
[0004]现有国内外制备活性炭的主要原材料是煤、果壳/核和木材等，存在着生产原料成本高，添加剂腐蚀性大，工艺过程复杂，导致产品的生产成本高，直接制约了该类产品的应用领域。随着工业和经济的快速发展，资源快速消耗、能源日益紧张和环境不断恶化的情况越发显得严重，资源的循环与清洁利用促使生产活性炭采用的原料向废物再利用方向倾斜，以废弃物为原料来制备活性炭已成为当今的发展趋势。因此，利用气化煤焦油废渣中的炭资源来制备高性能的吸附材料，既能解决气化煤焦油废渣带来的环境污染，又能实现节能减排的资源节约型发展模式。
[0005]现有国内对气化煤焦油废渣进行资源化的开发利用的研究尚处于初期阶段，而将其开发成吸附材料的研究成果更少，而国外对此方面的研究也鲜有报道。如公开号为CN101629086A公开了一种“煤焦油溶剂抽提工艺”，其中工艺组成包括分离、抽提、蒸馏，溶解搅拌温度为45?55°C，蒸馏温度为140?150°C。所采取的萃取溶剂为煤化工石脑油，其组成包括芳烃、烷烃、萘、茚、苯并呋喃等。如公开号为CN10305989A公开了一种“基于离子液体的煤含碳残渣萃取分离的方法”，其中煤含碳残渣包括煤直接液化残渣、煤间接液化残渣、煤焦化过程中的焦油渣以及煤焦油蒸馏残渣等，所采用的萃取剂为吡啶或铵类离子液体。如公开号为CN101817935A公开了 “一种再生橡胶增塑剂及制备方法”，其中选取了用蒽油萃取工艺将焦油渣中的煤焦油和炭粉分离，得到含萘更低的煤焦油制备成再生橡胶增塑剂，副产的焦粉挤压成型烧结之后用于炼铁使用。如公开号为CN1693190A公开了一种“焦油渣制造颗粒状活性炭和轻质煤焦油的方法”，该方法采用炭化炉利用加热分离的方法将煤焦油渣分离成轻质煤焦油和焦炭，然后再将焦炭处理后和活化剂混合在活化炉中进行活化制成比表面积达800?3000m2/g的活性炭。如公开号为CN102381705A公开了“一种微波热活化煤焦油渣/污泥发酵生产活性炭的方法”，它是首先将煤焦油渣破碎处理后与污泥混合，经过发酵将其中的大分子降解为易被利用的小分子后，加入氯化锌等活化剂在一定的条件下活化后制成活性炭。如公开号为CN103626175A发明了一种“以煤焦油渣为原料制备活性炭的方法和应用”，将煤焦油渣和活化剂混合，在惰性气氛及高温的条件下加热，然后洗涤干燥得到活性炭样品。其碘和亚甲基吸附值分别达到2000mg/g和700mg/g，比表面积达3500m2/g，孔径分布在I?5nm之间，孔体积达1.98 cm3/g左右。当作为超级电容电极材料用时，其单电极的比电容高达380F/g。
[0006]以上公开报道的文献皆以焦化厂排出的煤焦油渣为原料进行处理和利用，用气化煤焦油废渣来制备高附加值材料及功能性材料还未曾报道。
【发明内容】
[0007]为了解决上述现有技术存在的问题，实现上述气化煤焦油废渣的低成本处理与高价值利用，本发明提供一种气化煤焦油废渣制备磁性粉末活性炭的方法。
[0008]上述目的是通过以下技术方案实现的。
[0009]—种气化煤焦油废渣制备磁性粉末活性炭的方法，所述方法是按下列步骤进行的:
(1)在常温常压下，将气化煤焦油废渣与萃取溶剂按比例混合，并在超声或搅拌条件下萃取0.5?1.5个小时，得到混合溶液；
(2)在室温下，将上述步骤(I)中的混合溶液进行过滤或离心分离，得到萃取溶液和萃取余渣；
(3)将上述步骤(2)得到的萃取溶液进行蒸馏，获得溶剂和焦油产品；
(4)经上述步骤(2)得到的萃取余渣由萃取溶剂或者上述步骤(3)中回收的溶剂进行二次浸洗；
(5)重复上述步骤(2)至上述步骤(4)2?3次，获得萃取余渣，即为固体粉渣；
(6)将固体粉渣在搅拌的条件下加入到活化剂水溶液中，并使固体粉渣全部浸没，之后放入烘箱烘干除去其中的水分，获得固体混合物料；
(7)将上述步骤(6)获得的固体混合物料置于马弗炉或通氮气的管式炉中，于150?250°C的条件下进一步脱水，脱水时间为30?60min，然后加热到400?550 °C进行炭化，炭化时间为30?60min，后继续升温至800 V?900°C进行活化，活化时间为30?90min，得到未处理的活性炭，即粗活性炭；
(8)将上述步骤(7)的粗活性炭用蒸馏水清洗至中性，然后置于入烘箱中，在110°C的条件下烘干，获得磁性粉末活性炭。
[0010]在上述技术方案中，所述萃取溶剂为碳酸二甲酯，且所述萃取溶剂用量的体积比为所述气化煤焦油废渣质量的2?3倍;所述萃取溶液的蒸馏温度为95°C;所述固体粉渣的含焦油量小于0.3%，且小于160目的粒径占50%;所述活化剂是氢氧化钾，且活化剂与固体粉渣的质量比是1:1?5;所述磁性粉末活性炭的碘吸附值是2000mg/g以上;所述气化煤焦油废渣是煤气化过程产生的气化煤焦油废渣。
[0011 ]上述技术方案的实施，与现有技术相比，其有益效果如下。
[0012]气化煤焦油废渣制备磁性粉末活性炭的方法，其分离工艺操作是在低温常压条件下进行，该方法安全可靠、处理量大、能耗低，有利于成本的降低和环境的保护，还有效地将气化煤焦油废渣中的焦油和固体渣进行分离和回收，再将分离得到的粉渣和添加剂混合制成磁性粉末活性炭具有高比表面积和较强的磁性，不仅经济、高效回收其中的焦油，还利用分离得到渣粉制成功能性材料磁性粉末活性炭，在用于废水处理过程中表现出较强的吸附性能和磁回收能力，既解决了这些固体废弃物的占地、污染环境等的问题，又可以使这些废弃物变为有价值资源，实现以废制废的环保目的。
[0013]在本方法中所选取的萃取溶剂溶具有溶解性能优良，毒性小，闪点高、蒸汽压低等特点，是一种优良绿色溶剂;分离操作在常温、常压下进行，可有效地分离出煤焦油废渣中的焦油组分;溶剂的沸点低，极大地降低了回收溶剂的能耗。
[0014]在本方法中分离得到的粉渣粒度均匀细小，不用粉粹研磨即可和活化剂混合活化处理，制备的活性炭比表面积大且具有较强的磁性，在废水进行处理过程中，利用磁场通过磁分离可实现对粉末活性炭的快速回收。
【附图说明】
[0015]图1是本方法制得磁性活性炭对刚果红溶液的处理和磁分离的效果图。
【具体实施方式】
[0016]下面对本发明的【具体实施方式】做出进一步地说明。
[0017]实施例1
气化煤焦油废渣制备磁性粉末活性炭的方法包括以下内容。
[0018]I)所述的分离方法是将气化煤焦油废渣、溶剂按一定比例在常温下进行混合，溶剂加入量体积与气化煤焦油废渣质量比约为2:1。
[0019]2)每次超声震荡或搅拌半个小时后进行过滤或离心分离。将第一次萃取分离得到的固体渣渣进行第2次萃取。萃取后的溶液和固体渣进行沉降分离，分离出的溶液进行回收，分离出的剩余固体渣再进行第3次萃取，萃取后的溶液和固体渣进行再次沉降分离，回收萃取溶液中的溶剂和萃取余渣。
[0020]3)将萃取余渣蒸去溶剂，然后加入全部溶解在适量水中的氢氧化钾溶液中，搅拌使固体渣粉末完全浸湿，渣和氢氧化钾质量比为1:1，浸渍一定的时间后烘干，在马弗炉中隔绝空气，450°C炭化I个小时，900°C下活化I个小时制成活性炭。水洗、干燥，即得活性炭产品，其碘吸附值为607.48mg/go
[0021]实施例2
气化煤焦油废渣制备磁性粉末活性炭的方法包括以下内容。
[0022]I)所述的分离方法是将气化废渣、溶剂按一定比例在常温下进行混合，溶剂加入量体积与气化废渣质量比约为3:1。
[0023]2)每次超声震荡或搅拌半个小时后进行过滤或离心分离。将第一次萃取分离得到的渣进行第2次萃取。萃取后的溶液和渣进行沉降分离，分离出的溶液进行回收，分离出的剩余渣再进行第3次萃取，萃取后的溶液和渣再次沉降分离，回收分离的萃取溶液中的溶剂和萃余渣。
[0024]3)将萃余渣蒸去溶剂，然后加入全部溶解在适量水中的氢氧化钾溶液中，搅拌使固体渣粉末完全浸湿，渣和氢氧化钾质量比为1:2，浸渍一定的时间后烘干，在马弗炉中隔绝空气，450 °C炭化I个小时，900 °C下活化I个小时制成活性炭。水洗、干燥，即得活性炭产品，其碘吸