专利名称：一种球形成型活性炭及其制备方法
技术领域：
本发明涉及环境净化和污染物治理领域，尤其涉及一种球形成型活性炭及其 制备方法。
二背景技术：
活性炭具有大的比表面积，吸附能力强、化学稳定性好，广泛应用于食品、 医药、化工、环保等领域。在环境工程中，可在水净化和空气净化中得到应用。 粉末活性炭是工业上常用的一种炭质吸附剂，但由于其体积大、堆密度小，造成 其质量吸附量较大而换算为体积吸附量却较小，而且粉末活性炭在进行水净化时 难分离，易流失，回收困难；用于空气净化时，易产生粉尘，因此其应用受到极 大的限制。将粉末活性炭制成一定的形状，如圆柱状、杯状、板状等，称为成型 活性炭。与粉末活性炭相比，成型活性炭具有较大的尺寸和一定的形状，有较高 的堆密度与强度，且无粉尘污染。虽然成型活性炭较高的密度与较大的尺寸，以 及粘接成型工艺，会导致其比表面积有一定损失，即单位质量表面积低于粉末活 性炭，但由于密度提高，单位体积表面积要高于粉末活性炭。在储藏运输过程 中，密度大、单位体积表面积高的成型活性炭更具优势。成型活性炭不仅具有高 的净化效率，同时给活性炭回收、再生，以及装置制造和维修带来极大方便。成 型活性炭的强度和可加工性，也有利于满足不同行业的多种用途，所以，成型活 性炭作为新一代的功能材料逐渐得到发展。
实际应用中，对于成型活性炭来讲，除了吸附性能外，强度是决定其应用性 能的一个非常重要的指标。强度不够可导致成型活性炭在使用过程中断裂、掉 屑、再生过程中的损失大等问题。
制备成型活性炭包括3个步骤制备成型体、炭化以及活化。不同的制备方 法根据其条件和要求的不同，可以省略其中的1~2个步骤。根据3个步骤的不 同，目前的制备方法大致可分为3类①直接将具有设定形状和尺寸的木材等天 然植物炭化活化；②用粘结剂将碳质前驱体原料粘结成型，然后炭化，视需要可 进一步进行活化；③采用粘结剂将^^末活性炭或活性石友纤维粘结成型，然后对粘接剂进行处理，保证成型炭的整体性能稳定。
用粘结剂将粉末活性炭粘结剂成型，根据所用粘结剂的不同，可分为两类， 即有机类和无机类。采用有机粘结剂成型时，较易得到比表面积较高的成型活性 炭，但是其机械强度不是很好。以无机类物质作为粘结剂，可以大幅提高成型活 性炭的机械强度，但是若其添加量较少，则不能成型；而添加量过多，又会导致 成型活性炭中炭含量减少，比表面积下降，降低吸附性能。另一方面，目前所研 究的成型活性炭，基本都是用水溶性粘结剂成型，在活性炭吸附一定的水分后， 其强度会发生显著降低，成型活性炭的强度优势也就会失去。
发明内容
技术问题本发明针对上述活性炭应用和成型活性炭制备存在的问题，提供 了一种球形成型活性炭及其制备方法，以克服现有活性炭产品的缺点，提供具有 更好的吸附和脱吸附性能的活性炭产品。
技术方案 一种球形成型活性炭，该成型活性炭是由无机粘结剂硅溶胶和均 为粉末状的活性炭、凹凸棒土、膨润土组成，上述粉状材料按质量百分比的组成 为活性炭30~80%、膨润土10~60%、凹凸棒土 10-60%,无机粘结剂硅溶胶 占粉状材料总质量的4~15%,所迷硅溶胶中二氧化硅的质量浓度为15%~50 %。
一种制备球形活性炭材料的方法，制备步骤为称取占粉状材料总质量30~ 80%的粉末活性炭、10~60%的膨润土、 10~60%凹凸棒土，混合均匀；按硅溶 胶占粉状材料总质量的4~ 15%配制硅溶胶溶液，所述硅溶胶中二氧化硅的质量 浓度为15 % ~ 50 %;将上步配制的硅溶胶溶液与粉状材料混合物搅拌混匀制成软 材，用挤出机挤成直径相同、光滑致密的条状物，然后按长度为条状物直径2/3 的尺寸切成段，将切割成的物料置于滚圆机内滚制成球，采用挤出-滚圆工艺制 球，得到直径小5-12mm的球形颗粒；将球形颗粒进行干燥处理，在320 400。C 焙烧处理30- 180 min，得到球形成型活性炭。
有益效果
(1) 球形成型活性炭采用无机粘结剂制备，其抗压强度高，耐压、耐磨损 性好，可防止活性炭碎屑、粉末的掉落；
(2) 无机粘结剂固化后不再具有水溶性，遇水后不会发生软化，仍能保持 较高的强度；
(3) 该活性炭外表为球形，表面光滑，耐磨性好，填充密度高，颗粒分布 和孔隙均匀，流体流动阻力小，有利于对其流体等参数的控制。四
图1为球形成型活性炭的外观形貌图。
五具体实施例方式
本发明涉及一种球形成型活性炭，该成型活性炭是由无机粘结剂硅溶胶和均 为粉末状的活性炭、凹凸棒土、膨润土组成，上述粉状材料按质量百分比的组成 为活性炭30~80%、膨润土10~60%、凹凸棒土10~60%,无机粘结剂硅溶胶 占粉状材料总质量的4~15%,所述硅溶胶中二氧化硅的质量浓度为15%~50 %。 一种制备球形活性炭材料的方法，制备步骤为称取占粉状材料总质量30~ 80%的粉末活性炭、10~60%的膨润土、 10~60%凹凸棒土，混合均匀；按硅溶 胶占粉状材料总质量的4~ 15%配制硅溶胶溶液，所述硅溶胶中二氧化硅的质量 浓度为15% ~50%;将上步配制的硅溶胶溶液与粉状材料混合物搅拌混匀制成软 材，用挤出机挤成直径相同、光滑致密的条状物，然后按长度为条状物直径2/3 的尺寸切成段，将切割成的物料置于滚圆机内滚制成球，釆用挤出-滚圓工艺制 球，得到直径())5 12mm的球形颗粒；将球形颗粒进行干燥处理，在320 400。C 焙烧处理30 ~ 180 min,得到球形成型活性炭。
以下的描述是对本发明的具体说明，不应看做是对本发明的限定。
实施例1:
(1) 按质量百分比称取粉末活性炭75%、膨润土 10%、凹凸棒土 15%,混合均 匀。
(2) 按硅溶胶占粉状材料总质量的5%配制硅溶胶溶液，所述硅溶胶中二氧化硅的 质量浓度为15%。
(3) 将硅溶胶溶液加入粉状材料混合物，均匀混合拌匀制成软材，用挤出机挤成 直径小6 mm、光滑致密的条状物，然后按长度为4 mm切成段，将切割成的物料 置于滚圆机内滚制成球，采用挤出-滚圆工艺制球，得到直径())5 mm的球形颗 粒。
(4) 将球形颗粒进行干燥处理，在360。C焙烧处理60 min,得到球形成型活性 炭。
实施例2:
(1)按质量百分比称取粉末活性炭30%、膨润土 30%、凹凸棒土 40%,混合均 匀。(2) 按硅溶胶占粉状材料总质量的15%配制硅溶胶溶液，所述硅溶胶中二氧化硅 的质量浓度为25 % 。
(3) 将硅溶胶溶液加入粉状材料混合物，均匀混合拌勻制成软材，用挤出机挤成 直径小12 mm、光滑致密的条状物，然后按长度8 mm的尺寸切成段，将切割成的 物料置于滚圆机内滚制成球，采用挤出-滚圆工艺制球，得到直径(()12 mm的球
形颗粒。
(4) 将球形颗粒进行干燥处理，在400。C焙烧处理30 min,得到球形成型活性 炭。
实施例3:
(1) 按质量百分比称取粉末活性炭50%、膨润土 10%、凹凸棒土 40%,混合均 匀。
(2) 按硅溶胶占粉状材料总质量的10%配制硅溶胶溶液，所述硅溶胶中二氧化硅 的质量浓度为40 % ~ 50 % 。
(3) 将硅溶胶溶液加入粉状材料混合物，均勾混合拌匀制成软材，用挤出机挤成 直径小9 mm、光滑致密的条状物，然后按长度6 mm的尺寸切成段，将切割成的 物料置于滚圆机内滚制成球，釆用挤出-滚圆工艺制球，得到直径())9 mm的球形颗粒。
(4) 将球形颗粒进行干燥处理，在320。C焙烧处理150 min，得到球形成型活性 炭。
实施例4:
(1) 按物料组成质量百分比粉末状的活性炭50%、膨润土 10%、凹凸棒土 40%,硅溶胶占粉状材料总质量的10%配料，所述硅溶胶中二氧化硅的质量浓度 为15 % ~ 50% 。应用挤出-滚圆工艺制备直径(()9 mm的球形颗粒。
(2) 按物料组成质量百分比粉末活性炭50%、膨润土 10%、凹凸棒土 40%， 不添加硅溶胶粘结剂，应用挤出-滚圓工艺制备直径())9 mm的球形颗粒。
(3) 取小9 mm的球形颗粒五个，进行测试，用万能材料试验机测试颗粒最大 载荷，去掉最大值和最小值，用剩余数值计算颗粒平均压力值，添加硅溶胶粘结 剂时颗粒的平均压力值为45N，不添加粘结剂时为38N。
(3)取两种小9 mm的球形颗粒各五个，将试样置入盛有自来水的烧杯中浸泡 6h后取出，用滤纸吸干颗粒表面的水分，用万能材料试验机测试颗粒最大载荷， 去掉最大值和最小值，用剩余数值计算颗粒湿态时的平均压力值，添加硅溶胶粘
6结剂时颗粒的平均压力值为37N,下降了 17.8%;不添加粘结剂时为7N，下降了 81.6%。试验表明，采用本发明技术的实用效果，明显好于不添加粘结剂制备的 成型活性炭。
权利要求
1. 一种球形成型活性炭，其特征在于该成型活性炭是由无机粘结剂硅溶胶和均为粉末状的活性炭、凹凸棒土、膨润土组成，上述粉状材料按质量百分比的组成为活性炭30～80％、膨润土10～60％、凹凸棒土10～60％，无机粘结剂硅溶胶占粉状材料总质量的4～15％，所述硅溶胶中二氧化硅的质量浓度为15％～50％。
2. —种制备权利要求1所述球形活性炭材料的方法，其特征在于制备步骤 为第一步，称取占粉状材料总质量30 ~ 80%的粉末活性炭、10- 60%的 膨润土、 10~60%凹凸棒土，混合均匀；第二步，按硅溶胶占粉状材料总质量的4~15%配制硅溶胶溶液，所 述珪溶胶中二氧化硅的质量浓度为15% -50%;第三步，将上步配制的硅溶胶溶液与粉状材料混合物搅拌混匀制成 软材，用挤出机挤成直径相同、光滑致密的条状物，然后按长度为条状 物直径2/3的尺寸切成段，将切割成的物料置于滚圆机内滚制成球，采用 挤出-滚圆工艺制球，得到直径小5 ~ 12mm的球形颗粒；第四步，将球形颗粒进行干燥处理，在320 400。C焙烧处理30-180min,得到球形成型活性炭。
全文摘要
一种球形成型活性炭及其制备方法，该成型活性炭是由无机粘结剂硅溶胶和均为粉末状的活性炭、凹凸棒土、膨润土组成，上述粉状材料按质量百分比的组成为活性炭30～80％、膨润土10～60％、凹凸棒土10～60％，无机粘结剂硅溶胶占粉状材料总质量的4～15％，所述硅溶胶中二氧化硅的质量浓度为15％～50％。球形成型活性炭采用无机粘结剂制备，其抗压强度高，耐压、耐磨损性好，可防止活性炭碎屑、粉末的掉落；无机粘结剂固化后不再具有水溶性，遇水后不会发生软化，仍能保持较高的强度；该活性炭外表为球形，表面光滑，耐磨性好，填充密度高，颗粒分布和孔隙均匀，流体流动阻力小，有利于对其流体等参数的控制。
文档编号C01B31/08GK101531364SQ200910031228
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者储成林, 吴玉玲, 林萍华, 盛晓波, 董寅生, 超 郭 申请人:东南大学