一种复合煤基吸附材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无机非金属材料制备领域，特别是涉及一种复合煤基吸附材料的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 由于我国煤炭资源丰富，相对其他原材料来说廉价易得，以煤为原料生产煤基吸 附剂的工艺研究近年来发展迅猛，目前国内生产的煤基吸附剂实际就是煤基活性炭，主要 应用于水处理领域，除去污水中的有机质，降低COD实现达标排放。
[0003] 吸附剂生产原料大多选用价格较高的精制无烟煤作为生产原料，生产成本相对较 高，而且，使用后的活性炭变成饱和煤基活性炭后，其燃烧活性不高，不能再做燃料使用，只 能通过再生手段作为吸附材料再次使用，目前的活性炭再生技术成本高回收率低，且极易 产生二次污染。
[0004] 厂家在处理高浓化工废水时，由于活性炭吸附剂饱和周期短，再生时间长且成本 高，成为水处理厂家非常棘手的问题。因此寻找一种简单易操作，成本低，效率高，环保经济 的吸附剂制备方法显得尤为重要。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种简单易操作，成本低，效率高，环保经济的复 合煤基吸附材料的制备方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明一种复合煤基吸附材料的制备方法，包括以下步 骤：
[0007] (1)预处理：以低阶煤为原料进行粉碎，筛分，加入硅铝交联剂并混合均匀，加入 的低阶煤与硅铝交联剂的质量比例为100 :(1-5);
[0008] (2)炭化：将混匀的粉料送入马弗炉，在氮气保护下，升温至400-500 °C，保持 3〇-45min；
[0009] (3)活化：向马弗炉中通入水蒸气，升温至700-800°C，保持45-60min后自然冷却 至室温；
[0010] (4)干燥：将冷却后的物料烘干，得到复合煤基活性炭材料。
[0011] 本发明复合煤基吸附材料的制备方法，进一步的，所述步骤（1)中所述低阶煤选 用指标应满足以下条件：水分<8%，灰分10-20%，挥发分20-40% (质量百分数），热值不 低于4000大卡，原料粉碎后过5-8目筛。
[0012] 本发明复合煤基吸附材料的制备方法，进一步的，所述步骤（1)中的硅铝交联剂 为碳酸盐。
[0013] 本发明复合煤基吸附材料的制备方法，进一步的，所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钙。
[0014] 本发明复合煤基吸附材料的制备方法，进一步的，所述步骤（2)中炭化时的升温 速率为 8-10°C/min。
[0015] 本发明复合煤基吸附材料的制备方法，进一步的，所述步骤（3)中活化时的升温 速率为 10-20°C/min。
[0016] 本发明复合煤基吸附材料的制备方法，进一步的，所述步骤（3)中通入水蒸气的 流量为〇? 1-0. 15ml/min?g，马弗炉内压力为400KPa。
[0017] 本发明复合煤基吸附材料的制备方法，进一步的，所述步骤（4)中烘干温度为 70-80。。。
[0018] 本发明一种复合煤基吸附材料的制备方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0019] (1)本发明选用价格低廉的低阶煤为原料，炭化程度较小，灰分和挥发分的保留程 度较高，在制备吸附材料的过程中原料利用率较高，与现有技术中煤基吸附材料的生产相 比，降低了复合煤基吸附材料的制备成本约15-20% ;本方法中活化程度较低，耗时较短，在 一定程度上降低了设备的运行成本。
[0020] (2)由于原料低阶煤中含有大量的硅铝成分，在交联剂的作用下可形成硅铝胶连 体骨架结构，活性炭分散在骨架中形成复合吸附材料，同时原料中灰分含量较高，故采用本 发明方法制得的复合煤基吸附材料集活性炭、硅铝胶体和灰分于一体，对有机质具有极强 的吸附和截留作用，吸附效果远大于单一的、价格较高的普通煤基活性炭，有机物吸附率比 普通的煤基活性炭高20-25%，适用于高浓度高盐化工废水的污染治理。
[0021] (3)由于对炭化温度、时间以及升温速率进行了合理的控制，使得活性炭表面形成 的大中孔径空隙结构比例较大，高达70-80%，生成的半焦炭化程度较低，只有30% -35%， 保留了较高的燃烧活性，大比例的大中孔径空隙结构使得复合吸附材料本身吸水率低，吸 水量不高于20%，在吸附、截留有机质达饱和后，脱水效率高，燃烧效果更好，燃烧活性可高 达4000大卡以上。
【具体实施方式】
[0022] 制备实施例1 :
[0023] 本发明一种复合煤基吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024] 选用低阶煤为原料进行粉碎，过5目筛后，按照质量比例100 :5加入碳酸钙并 混合均匀，其中，原料低阶煤选用指标应满足：水分< 8%，灰分10-20%，挥发分20-40% (质量百分数），热值不低于4000大卡；然后将混匀的粉料送入马弗炉，在氮气保护下，以 8-KTC/min的升温速率从常温升温至500°C，保持30min;煤粉中的非碳元素挥发炭化，变 成半焦；然后持续向马弗炉中通入水蒸气，通过流量计控制水蒸气流量为〇.lml/min?g，使 得马弗炉内压力维持在400KPa左右，以10°C/min的升温速率升温至700°C，保持60min后 自然冷却至室温；在水蒸气的冲击下在炭表面形成发达的空隙结构和巨大的表面积，半焦 发生弱氧化反应，变成活性炭；煤粉中富含的硅铝成分在硅铝交联剂的作用下形成可承载 活性炭的硅铝胶连体；将冷却后的物料在70-80 °C下进行烘干，得到复合煤基活性炭材料。
[0025] 制备实施例2 :
[0026] 本发明一种复合煤基吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027] 选用低阶煤为原料进行粉碎，过8目筛后，按照质量比例100 :1加入碳酸钠并 混合均匀，其中，原料低阶煤选用指标应满足：水分< 8%，灰分10-20%，挥发分20-40% (质量百分数），热值不低于4000大卡；然后将混匀的粉料送入马弗炉，在氮气保护下，以 8-10°C/min的升温速率从常温升温至400°C，保持45min;煤粉中的非碳元素挥发炭化，变 成半焦；然后持续向马弗炉中通入水蒸气，以流量计控制水蒸气流量为〇. 15ml/min?g，使 得马弗炉内压力维持在400KPa左右，以20°C/min的升温速率升温至800°C，保持45min后 自然冷却至室温；在水蒸气的冲击下在炭表面形成发达的空隙结构和巨大的表面积，半焦 发生弱氧化反应，变成活性炭；煤粉中富含的硅铝成分在硅铝交联剂的作用下形成可承载 活性炭的硅铝胶连体；将冷却后的物料在70-80 °C下进行烘干，得到复合煤基活性炭材料。
[0028] 制备实施例3:
[0029] 本发明一种复合煤基吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030] 选用低阶煤为原料进行粉碎，过7目筛后，按照质量比例100 :3加入碳酸钠并 混合均匀，其中，原料低阶煤选用指标应满足：水分< 8%，灰分10-20%，挥发分20-40% (质量百分数），热值不低于4000大卡；然后将混匀的粉料送入马弗炉，在氮气保护下，以 8-KTC/min的升温速率从常温升温至450°C，保持40min;煤粉中的非碳元素挥发炭化，变 成半焦；然后持续向马弗炉中通入水蒸气，以流量计控制水蒸气流量为〇.lml/min?g，使得 马弗炉内压力维持在400KPa左右，以15°C/min的升温速率升温至750°C，保持55min后自 然冷却至室温；在水蒸气的冲击下在炭表面形成发达的空隙结构和巨大的表面积，半焦发 生弱氧化反应，变成活性炭；煤粉中富含的硅铝成分在硅铝交联剂的作用下形成可承载活 性炭的硅铝胶连体；将冷却后的物料在70-80 °C下进行烘干，得到复合煤基活性炭材料。
[0031] 应用实施咧：
[0032] 本发明一种复合煤基吸附材料的制备方法制得的复合煤基吸附材料，可用于高浓 高盐的化工废水的处理，对废水中的有机质具有很好的吸附、截留作用，吸附效果比普通单 一的煤基活性炭高20-25%。复合煤基吸附材料吸附、截留有机质达到饱和后，经脱水处理， 可作为锅炉燃料回收使用，燃烧活性可高达4000大卡以上。
[0033] 性能测试实验：
[0034]与普通市售煤基活性炭对比，本发明一种复合煤基吸附材料的制备方法制得的复 合煤基吸附材料的基本性能如表1所示：
[0035]
[0036] 普通煤基活性炭选用市售河南巩义通泰公司生产的TT-3-6HXT煤基活性炭。
[0037] 采用全自动比表面积测试仪测定吸附材料的比表面积，以升降式微机全自动量热 仪测定饱和脱水后的吸附材料的热值。
[0038] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 预处理：以低阶煤为原料进行粉碎，筛分，加入硅铝交联剂并混合均匀，加入的低 阶煤与硅铝交联剂的质量比例为100 :(1-5); (2) 炭化：将混匀的粉料送入马弗炉，在氮气保护下，升温至400-500 °C，保持 3〇-45min ； (3) 活化：向马弗炉中通入水蒸气，升温至700-800°C，保持45-60min后自然冷却至室 温； (4) 干燥：将冷却后的物料烘干，得到复合煤基活性炭材料。2. 根据权利要求1所述的一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤（1) 中所述低阶煤选用指标应满足以下条件：水分< 8%，灰分10-20%，挥发分20-40% (质量 百分数），热值不低于4000大卡，原料粉碎后过5-8目筛。3. 根据权利要求2所述的一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤（1) 中的硅铝交联剂为碳酸盐。4. 根据权利要求3所述的一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征在于：所述碳酸 盐为碳酸钠或碳酸钙。5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征 在于：步骤（2)中炭化时的升温速率为8-10°C /min。6. 根据权利要求1至4中任意一项所述的一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征 在于：步骤（3)中活化时的升温速率为10-20°C /min。7. 根据权利要求1所述的一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤（3) 中通入水蒸气的流量为〇? 1-0. 15ml/min ? g，马弗炉内压力为400KPa。8. 根据权利要求1所述的一种复合煤基吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤（4) 中烘干温度为70-80 °C。
【专利摘要】本发明涉及无机非金属材料制备领域，提供了一种复合煤基吸附材料的制备方法。本发明包括以下步骤：以低阶煤为原料进行粉碎，筛分，加入硅铝交联剂并混合均匀，加入的低阶煤与硅铝交联剂的质量比例为100：(1-5)；将混匀的粉料送入马弗炉，在氮气保护下，升温至400-500℃，保持30-45min；持续向马弗炉中通入水蒸气，升温至700-800℃，保持45-60min后自然冷却至室温；将冷却后的物料烘干，得到复合煤基活性炭材料。本发明制备方法简单易操作，原料价格低廉，运行成本低，制得的复合煤基吸附材料吸附性能好，燃烧活性高，可有效回收利用。
【IPC分类】B01J20/20, B01J20/30
【公开号】CN105056888
【申请号】CN201510481060
【发明人】于宗然, 张国玺, 张永梅, 白庆华
【申请人】沧州绿源水处理有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月7日