从酚醛泡沫废料制备活性炭的方法
【专利摘要】本发明提出一种从酚醛泡沫废料制备活性炭的方法，以进一步提高所得活性炭的吸附性能。本发明的方法包括：气化，在缺氧条件和800~1000℃的温度热处理酚醛泡沫废料；活化，在800~1000℃的温度下用水蒸气活化所述酚醛泡沫废料，得到活性炭；洗涤，除去其中的部分灰分，洗涤液优选使用稀盐酸。本发明的方法还优选包括使用成型剂的造粒步骤。本发明有效利用酚醛泡沫废料得到高比表面积的活性炭，制备成本低，收率高。
【专利说明】从酚醛泡沬废料制备活性炭的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及活性炭的制备方法，尤其涉及从工业废料中获得活性炭的方法。
【背景技术】
[0002] 酚醛泡沫保温板是以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂、及其它助剂等 多种物质配制成的闭孔型硬质泡沫塑料，导热系数仅为〇. 〇23W/m*k左右，是一种难燃、防 火低烟的材料。由于酚醛泡沫保温板是目前主流的建筑用保温、防火材料，其年产量惊人， 在生产过程中产生大量边角料。这些边角料密度小、质量轻，堆置时占用大量空间；又由于 在制备过程中加入了各种有机化学试剂，具有一定的毒性，直接排放会污染环境。因此，酚 醛泡沫保温板废料的资源再利用是一个非常重要的领域。
[0003] CN102583372公开一种以酚醛泡沫废料为原料制备高比表面无灰活性炭的方法， 其将酚醛泡沫废料于惰性气体条件下，在炭化炉中密闭炭化，在400-500°C炭化2-4h，期间 每隔20-40min充分搅拌物料一次，每次搅拌前需将温度降至KKTC以下，搅拌充分后再升 温密闭炭化，直至炭化完成，冷却出料；活化是在700-900°C条件下，以水蒸气为活化剂在 管式电热炉内进行，活化30-60min，即可得到粉末状高比表面积活性炭。该方法仅仅通过 炭化和活化，没有将酚醛树脂中的灰分有效去除，因此所得的活性炭的吸附性能还有提高 的空间。另外，该方法需要在炭化过程中进行若干次充分搅拌，该搅拌要求将温度降低到 KKTC以下，这种多次降温、升温的操作在工业规模化生产中非常不方便。
【发明内容】
[0004] 发明提出一种新的由酚醛泡沫废料制备活性炭的方法，以进一步提高所得活性炭 的吸附性能。
[0005] 根据本发明，酚醛泡沫废料制备活性炭的方法包括：气化，在缺氧条件和 80(Γ1000?的温度热处理酚醛泡沫废料；活化，在80(Tl00(TC的温度下用水蒸气活化所述 酚醛泡沫废料，得到活性炭；洗涤，除去其中的部分灰分。
[0006] 在洗涤步骤中，可以用稀酸溶液洗涤得到的活性炭，其中优选使用稀盐酸。
[0007] 进一步地，在酸洗后进行水洗，以将活性炭恢复为中性。优选用热水进行水洗。
[0008] 在本发明的另一种【具体实施方式】中，用水进行洗涤，同时对物料施加微波，这样可 以避免酸的使用，减轻了无害化处理的负担。
[0009] 在本发明的一种【具体实施方式】中，还包括成型步骤，在成型步骤中，向物料中混入 成型剂，然后造粒。所用的成型剂优选是淀粉悬浮液、纤维素悬浮液或羧甲基纤维素钠溶 液、焦油、煤焦油、聚乙烯醇、酚醛树脂等。
[0010] 本发明有效地利用了生产酚醛泡沫保温材料过程中产生的大量废料，并以其为原 料制备得到了高比表面积活性炭，制备成本低，收率高，无脱灰过程，无废酸废碱排放，有效 地解决环保问题。
【具体实施方式】 toon] 酚醛泡沫保温板在制备时加入了大量的有机化学试剂，对其成分分析，得：灰分为 10%、挥发份48. 06%、固定碳含量为41. 73%。本发明提出一种构思，将其中的碳元素转化为 可工业利用的活性炭。
[0012] 在本发明的一般方面，由酚醛泡沫废料制备活性炭的方法包含三个主要步骤，即 气化、活化和洗涤。
[0013] 气化是在80(n〇00°C的温度下将废料在缺氧气氛中保持一段时间，使其中的部分 元素例如氢、氧变成气体挥发掉，得以提高产品中的碳含量。优选的气化温度为80(T90(TC。 在本发明中，气化的时间可以控制在5~20分钟，可以根据气化温度选择气化时间。在气化 过程中，可以向气化炉中通入氩气、氮气等气体，以维持缺氧环境，从气体的易得性考虑，氮 气是优选的。
[0014] 在进行完上述气化后，对所得物料进行活化。在本发明的一种典型方式中，用水蒸 气在800-1000°C的温度进行活化。时间可以在3(Γ60分钟。水蒸气的用量优选为炭化料重 量的0. 85-1. 5倍。
[0015] 尽管没有尝试其他活化方式，但是本发明并不排除其他活化方式。本领域技术人 员可以很容易想到使用例如二氧化碳、烟道气、氧气活化等其他活化方式。
[0016] 在经过气化和活化之后，酚醛泡沫废料已经呈现初步的活性炭形态，能去除其中 的40左右的挥发份，固定碳含量为80%左右。。其中还含有一定的基本上由无机盐组成的 灰分，这些灰分嵌布在活性炭中，质量占活性炭的大约30%左右，显著降低吸附性能，也会 给使用环境带来二次污染。因此除去这些灰分对活性炭的应用是有利的。在本发明的一种 典型实施方式中，用稀酸溶液洗涤活性炭，酸可以快速地溶解或者消耗其中的无机盐，使其 从活性炭中脱附。可以使用的稀酸包括硫酸、磷酸和盐酸，其中优选盐酸。稀酸的浓度可以 在5-15%的范围。
[0017] 作为另一种优选方式，可以用水进行洗涤，为了提高洗涤效率，可以对活性炭施加 微波。在微波辐射下，活性炭中的无机盐也可以快速溶入水中，这种方式可以避免消耗酸而 有利于环保。
[0018] 在上述使用酸洗涤的情况下，对于某些具体应用的活性炭(例如用于净化液体 时)，可以对其作进一步的水洗，以除去其中的酸而呈现大致的中性。可以提高水的温度来 达到快速洗涤的目的，例如用40°c或者更高温度的热水洗涤。通过实验得出，用约60-70°C 的水洗涤活性炭，可以将用水量降低至30%左右。
[0019] 经过上述清洗，最终得到的活性炭的灰分含量被降低至10%或者更低。
[0020] 通常，酚醛泡沫废料在气化之前被破碎成较小的尺寸，例如破碎至1厘米的直径 或者以下。在本发明的一种优选实施方式中，将废料破碎至2-3毫米粒径的小颗粒，甚至可 以更小，这种小粒径更有利于废料的气化。气化后的废料基本呈粉末状。在这种情况下，优 选将气化后的废料进行成型，该成型步骤也可以在活化步骤之后进行。
[0021] 上述成型是指向物料中放入成型剂，然后造粒，干燥，得到颗粒状材料。成型剂赋 予材料初粘力，使得材料在造粒时可以很好地成型，以致在后续加工步骤中具有适宜的加 工性能。可以用于本发明的成型剂包括粘接树脂、水溶性胶、淀粉、纤维素、焦油、煤焦油、聚 乙烯醇、酚醛树脂等。优选的成型剂是淀粉悬浮液、纤维素悬浮液、羧甲基纤维素钠等，这些 成型剂是水基的，而且粘结力不太高，可以在加工过程中方便地搅拌物料，在造粒后又具有 足够的初粘力。而且，成型剂中的有效成分在活化过程中（如果成型步骤之后进行活化）转 化成碳粘结剂。
[0022] 在使用上述成型剂进行成型后，优选对成型的颗粒进行固化处理，这里的固化是 通过干燥法除去成型过程中由成型剂引入的水分。这种水分去除是必需的，如果留有大量 水分存在，在活化过程中升温速度较快，颗粒表面的水分还来不及蒸发就会在高温下和炭 发生反应，而会过多的碳变成挥发份，降低活性炭的收率。
[0023] 实施例1 :
[0024] 将酚醛泡沫废料粉碎至小块（因为气化时会将小块转变成粉末状的），置于900°C 的管式炉中在氮气保护氛围下保温l〇min，将气化过的原材料与质量分数为5%的CMC溶液 (羧甲基纤维素钠)按重量比为1:3混合后，进行捏合、成型，再转入烘箱中120°C下固化3小 时。固化结束后，转入瓷坩埚中，放入电阻炉中，升温速率设为l〇°C/min升至950°C，在水 蒸气氛围下保温40min，水蒸气用量为活化料的0. 95倍。活化结束后用1%的盐酸溶液煮 沸20min再用热自来水将产品洗涤至中性，真空抽滤，在150°C下烘至恒重，破碎到一定目 数即可得到成品活性炭。
[0025] 实施例2 :
[0026] 将酚醛泡沫废料粉碎至小块，置于850°C的管式炉中在氮气保护氛围下保温 20min，将气化过的原材料与质量分数为5%的CMC溶液按重量比为1:2. 8混合后，进行捏 合、成型，再转入烘箱中120°C下固化3小时。固化结束后，转入瓷坩埚中，放入电阻炉中， 升温速率设为l〇°C /min升至900°C，在水蒸气氛围下保温60min，水蒸气用量为活化料的 1. 25倍。活化结束后用1%的盐酸溶液煮沸20min再用热自来水将产品洗涤至中性，真空抽 滤，在150°C下烘至恒重，破碎到一定目数即可得到成品活性炭。
[0027] 比较例：
[0028] 将粒相同块状的酚醛泡沫废料投入到炭化炉中，在通入氮气的条件下，进行密闭 炭化作业，在40(T50(rC下炭化3小时，炭化期间每隔30分钟将物料充分搅拌一次，每次搅 拌前将温度降至90°C，搅拌充分后再升温继续炭化。炭化后冷却出料，在700°C以水蒸气为 活化剂在管式电热炉内进行活化，活化时间30分钟，得到成品活性炭。
[0029] 表1酚醛泡沫保温板废料制备活性炭的性能
[0030]
【权利要求】
1. 一种由酚醛泡沫废料制备活性炭的方法，包括下面的步骤： 气化，在缺氧条件和8〇(Tio〇(rc的温度热处理酚醛泡沫废料， 活化，在80(n〇0(TC的温度下用水蒸气活化所述酚醛泡沫废料，得到活性炭， 洗涤，除去其中的部分灰分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，用稀酸溶液洗涤得到的活性炭。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述稀酸为稀盐酸溶液。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中，在酸洗后进行水洗。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，用热水进行水洗。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，用水进行洗涤，同时对物料施加微波。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，还包括成型步骤，在成型步骤中，向物料中混入 成型剂，然后造粒。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述成型剂选自淀粉悬浮液、纤维素悬浮液、羧 甲基纤维素钠溶液、焦油、煤焦油、聚乙烯醇和酚醛树脂中的一种或者多种。
【文档编号】C01B31/10GK104098095SQ201310126059
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月11日 优先权日:2013年4月11日
【发明者】唐一林, 江成真, 邓刚, 刘晓敏, 焦峰, 时锋, 李学通 申请人:济南圣泉集团股份有限公司