专利名称：一种用于水处理的活性焦的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种活性焦制备方法，具体地说是一种通过褐煤制备用于水处理的活 性焦的制备方法。
背景技术：
水是人类赖以生存的重要资源，随着工业的发展，水资源日益缺乏，水污染日益严 重，因此对污废水的处理和回用显得尤为重要。利用活性炭的吸附作用对废水进行处理是 一种常用的污水处理方式，虽然活性炭具有很好的吸附性能，但是其每吨高达六千到一万 元的价格限制了其在水处理工程中的大规模应用，开发质优价廉的吸附材料产品迫在眉睫。活性焦是一种多孔含碳物质，是一种类似活性炭的吸附剂。由于活性焦可以通过 煤原料制备，其价格低廉，目前在烟气脱硫领域使用价格低廉的煤质活性焦代替普通活性 炭已经得到广泛的应用。中国专利文献CN101538038A中公开了一种活性焦及其制备方法， 首先将煤原料颗粒进行捏合、成型，所述煤原料颗粒由6-8质量份的褐煤和2-4质量份的无 烟煤组成；然后将其得到的产物进行炭化处理，得到炭化处理产物；最后采用水蒸气活化 处理法将所述炭化处理产物进行活化处理，得到活性焦。同时，该文献中公开了根据上述制 备方法制备的活性焦及其在烟气脱硫中的应用。但是该技术方案中，炭化处理的终温度为 6000C -700°C，时间为30-60分钟，炭化处理的效果直接影响最终产品的孔隙结构、吸附性 能和机械强度，该技术方案中的炭化方式为一次性炭化，导致了煤原料中的挥发性物质的 挥发不够充分，生成的活性焦的孔隙主要集中在微孔。由于水处理用的活性焦需要孔隙较 宽，主要是中孔领域，故该方法制备的活性焦不适用于水处理。另外，该技术方案中生产的 烟气脱硫的活性焦，由褐煤和无烟煤组合为原料，无烟煤的孔隙较小，也导致了制备的活性 焦中孔相对较少，不适合用于水处理。并且，该技术方案中原料包含褐煤和无烟煤，褐煤的 价格低廉，而无烟煤相对于褐煤来说价格要高出许多，将无烟煤作为原料之一使得煤原料 的成本增加。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术方案中生产的活性焦采用一次性 炭化方式，使得煤原料中的物质挥发不充分不能形成中大孔隙，不适合用于水处理的技术 问题，从而提出一种采用分阶段炭化方式从而形成具有中大孔隙的用于水处理的活性焦制 备方法。本发明所要解决的另一技术问题是现有技术中的活性焦制备方法使用了褐煤和 无烟煤混合的煤原料，由于无烟煤价格较高、且孔隙较小，因而不仅提高了原料的成本价 格，而且降低了生产出来的活性焦的水处理性能的技术问题，从而提出一种只以褐煤为原 料、降低了生产成本、具有很好的水处理性能的用于水处理的活性焦制备方法。为解决上述技术问题，本发明的用于水处理的活性焦的制备方法，其生产过程包括以下步骤①将煤原料破碎至合适的粒径；②对破碎后的煤原料进行干燥脱水；③将干燥脱水后的产物进行分阶段炭化处理，第一阶段的炭化温度为 400 V -450 °C，停留时间为60-120分钟，第二阶段的温度为600 V -650 °C，停留时间为 60-120分钟，得到炭化产物；④对所述炭化产物通过活化剂进行活化处理，然后降温，得到活性焦。
在所述步骤①中，所述煤原料为褐煤。在所述步骤①中，所述褐煤破碎后粒径为4-8目。在所述步骤②中，干燥脱水温度为90-110°C，停留时间为60-120分钟。所述活化剂为水蒸气、二氧化碳、烟道气和氨气。在所述步骤④中，活化处理的温度为750_850°C，停留时间为60-120分钟。在所述步骤②中，从室温上升到干燥脱水温度时的上升速度为4_12°C /min。在所述步骤③中，从所述干燥脱水温度上升到第一阶段的炭化温度时的上升速度 为 4-12°C /min。一种用于水处理的活性焦，由上述的活性焦的制备方法制备而成。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，(1)本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法，包括破碎、干燥脱水、炭化、活 化等步骤，在炭化处理中，分两个阶段进行炭化，第一阶段的炭化温度为400°C -450°C，停 留时间为60-120分钟；第二阶段的炭化温度为600°C _650°C，停留时间为60-120分钟。通 过分阶段的炭化方式，可以去除不同的挥发分，挥发分是指煤原料中所含的易于挥发的物 质的组分，由于挥发的物质具有不同的挥发温度，采用分阶段炭化的方式可以充分释放煤 原料的中的挥发分，提高炭化效率，有效保证后续活化生成更多的中孔，这样，就使得制备 的活性焦具有良好的吸附性能，更适合于水处理的需要。(2)本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法，所述煤原料选择褐煤，由于褐 煤的煤化程度低、含水率高、挥发分高、热值低，挥发分高有助于制备的活性焦具有中大孔 隙，更适合用于水处理；并且，褐煤的价格比较低，选择褐煤为生产原料，可以在很大程度上 节约成本，使得制备出的活性焦具有较高的性价比，与常规活性炭相比具有价格低廉，中孔 和过渡孔占较大比例的优点，更适用于水量大、难降解有机物浓度高的水处理领域。(3)本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法，煤原料破碎后使其粒径为 4-8目，可以有效保证干燥、炭化过程传热更加均勻，形成的空隙结构更有利于后续的活化。(4)本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法，在所述步骤②中，干燥脱水温 度为90-110°C，停留时间为60-120分钟，这样可以使得煤原料彻底脱水干燥，去除煤原料 中的水分，保证后续的炭化处理和活化处理达到较好的效果。(5)本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法，炭化处理之后进行活化处理， 由于活性焦炭化过程中胶质体收缩凝固，比表面积变小，通过水蒸汽、二氧化碳等活化剂进 行活化，可以使残留在活性炭原料中的焦油和其它含碳化合物氧化分解，清除表面的杂质， 使堵塞的孔隙开放。另外，水蒸汽等活化剂也能侵蚀炭的表面，形成新的孔隙。同时，原来 孔隙之间的薄壁有可能被烧毁，使孔隙扩大，从而使得制备的活性焦可以形成更发达的孔隙结构，使比表面积增加，从而提高其吸附能力。(6)本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法，从室温上升到干燥脱水温度 时，从干燥脱水温度上升到炭化温度时，上升速度保持在为4-12°C /min，优选5°C /min，这 样在温度上升的过程中，可以使得煤原料中的可挥发物质成分释放，温度上升过快可能导 致煤原料中的可挥发物质挥发不充分，温度上升过慢则会影响制备时间，也不能达到很好 的效果。(7)本发明所述的活性焦的制备方法生产的活性焦，中孔发达，具有良好的吸附性 能，制备出的活性焦静态吸附指标COD吸附率大于500mg/L，酚类吸附率大于200mg/L，可以 有效去除污废水中的有机物，并且生产出的活性焦价格低廉，性价比很高，尤其适用于处理 大量的污废水的需要。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合 附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1是本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法的流程图。
具体实施例方式实施例1 下面给出本发明所述的一种用于水处理的活性焦的制备方法的一个具体的实施 方式，其生产过程包括以下步骤，如图1所示①将煤原料破碎后，使用震动筛将之筛分至合适粒径，在此选择粒径范围为4-8 目，褐煤样品的工业分析结果如下表所示
项目水分挥发分含硫量灰分固定碳数值26. 1 %33. 0%0. 2%15%25. 7%挥发分是指煤原料中所含的易于挥发的物质的组分，褐煤中挥发分和水分的含量 较高，因此烧失率较高。②对破碎后的煤原料加入小型固定床制备炉中，进行干燥脱水，从室温以5°C / min的升温速度升温至干燥脱水温度100°C，停留时间为2小时；③干燥脱水完成后对干燥脱水产物进行炭化处理，以5°C /min的升温速度从 100°C上升至第一阶段的炭化温度400°C，停留时间为60分钟，然后将温度上升至第二阶段 的炭化温度600°C，停留时间为60分钟，在这两个温度段挥发分大量释放出，挥发分是指煤 原料中所含的易于挥发的物质的组分，挥发分大量释放形成初级孔结构，同时煤发生缩聚 反应，形成胶质体并固化，得到炭化产物；④对所述炭化产物通过活化剂进行活化处理，此处活化剂选择二氧化碳，炭化处 理后将温度上升至活化温度800°C，停留时间为120分钟，活化处理后降温，得到活性焦。在本实施例中，在步骤②中，从室温上升到干燥脱水温度100°C时的升温速度的范 围为4-12°C /min ；在步骤③中干燥脱水后，从干燥脱水温度100°C升温至炭化处理的第一阶段炭化温度400°C时的升温速度的范围为4-12°C /min。对使用本实施例所述方法生产的活性焦进行理化性质和吸附性能的测定，碘吸附 值为720mg/g，亚甲基兰吸附值180mg/g，苯酚吸附值189mg/g，将之应用于某工业废水的吸 附试验，振荡0. 5小时，COD去除率为91%，显示出良好的吸附性能。实施例2 作为可以变换的实施方式，在所述步骤②中，干燥脱水温度为90-110°C，停留时间 为60-120分钟；在所述步骤③中，第一阶段的温度为400°C -450°C，停留时间为60-120分 钟，第二阶段的温度为600°C -650°C，停留时间为60-120分钟；在所述步骤④中，活化剂为 水蒸气、二氧化碳和氨气，活化温度为750-850°C，停留时间为60-120分钟。本发明所述的用于水处理的活性焦的制备方法的另一个具体的实施方式，其工作 过程如下①将煤原料破碎后，使用震动筛将之筛分至合适粒径，在此选择粒径范围为4-8 目；②对破碎后的煤原料加入炭化炉中进行干燥脱水，保持干燥脱水温度为110°C，停 留时间为2小时进行干燥处理；③干燥脱水完成后，以10°C /min的升温速度升温至400°C，在此温度下停留120 分钟进行第一阶段炭化处理；然后温度上升至60(TC，停留120分钟进行第二阶段炭化处 理，在此采用分阶段炭化的方式完成褐煤的炭化，为下一步的活化提供条件，同时保证了最 终产品的孔隙结构、吸附性能和机械强度；④炭化完成后，将炭化后的产物送入斯列普活化炉进行活化，在800°C的温度条件 下通入水蒸气作为活化剂，停留时间为120分钟，活化处理后降温，得到活性焦。对制备的活性焦产品进行理化性质和吸附性能测定，扫描电镜观察显示活性炭有 大量的中孔存在，对之进行表面元素分析，含碳量为67%，含氧量为14% ；将之应用于某工 业废水的吸附试验，振荡1小时，COD去除率为95%，显示出良好的吸附性能。本发明利用廉价的褐煤为原料，制备出吸附性能优良的活性焦，满足水处理的要 求，同时提高了褐煤的利用率。本发明所述的活性焦的制备方法，工艺简单，污染小，便于工 业推广。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于，其生产过程包括以下步骤①将煤原料破碎至合适的粒径；②对破碎后的煤原料进行干燥脱水；③将干燥脱水后的产物进行分阶段炭化处理，第一阶段的炭化温度为400°c"450 停留时间为60-120分钟，第二阶段的炭化温度为600°C -650°C，停留时间为60-120分钟， 得到炭化产物；④对所述炭化产物通过活化剂进行活化处理，然后降温，得到活性焦。
2.根据权利要求1所述的用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于在所述步骤 ①中，所述煤原料为褐煤。
3.根据权利要求2所述的用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于在所述步骤①中，所述褐煤破碎后粒径为4-8目。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于在 所述步骤②中，干燥脱水温度为90-110°C，停留时间为60-120分钟。
5.根据权利要求4所述的用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于在所述步骤 ④中，活化剂可为水蒸气、二氧化碳、烟道气和氨气。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于 在所述步骤④中，所述活化处理的温度为750-850°C，停留时间为60-120分钟。
7.根据权利要求6所述的用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于在所述步骤②中，从室温上升到干燥脱水温度时的上升速度为4-12°C/min。
8.根据权利要求7所述的用于水处理的活性焦的制备方法，其特征在于从所述干燥 脱水温度上升到第一阶段的炭化温度时的上升速度为4-12°C /min。
9.一种用于水处理的活性焦，其特征在于所述活性焦由权利要求1-8所述的活性焦 的制备方法制备而成。
全文摘要
一种用于水处理的活性焦的制备方法，其生产过程包括以下步骤首先，将煤原料破碎至合适的粒径；然后，对破碎后的煤原料进行干燥脱水；之后，将干燥脱水后的产物进行分阶段炭化处理，第一阶段的温度为400℃-450℃，停留时间为60-120分钟，第二阶段的温度为600℃-650℃，停留时间为60-120分钟，得到炭化产物；最后对所述炭化产物通过活化剂进行活化处理，然后降温，得到活性焦。解决了现有技术方案中生产的活性焦采用一次性炭化方式，使得煤原料中的物质挥发不充分不能形成中大孔隙，不适合用于水处理的技术问题，是一种以褐煤为原料、降低了生产成本、具有很好的水处理性能的用于水处理的活性焦制备方法。
文档编号C01B31/10GK102001653SQ20101028186
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者何鹏, 刘振强, 张毅, 曹效鑫, 朱永平, 李若征, 滕济林, 程建龙, 苗文华 申请人:北京国电富通科技发展有限责任公司, 北京国能普华环保工程技术有限公司