活性炭及其制备方法与流程

本公开涉及材料技术领域，尤其涉及一种活性炭及活性炭的制备方法。

背景技术：

垃圾焚烧所产生的二噁英是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，对人体危害极大。

现有技术中，常采用活性炭来吸附二噁英。然而，在所用的活性炭中，孔径为2-5mm的孔的容积较小，仅为0.2cm³/g，使活性炭难以吸附较多的二噁英。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种活性炭及活性炭的制备方法，能够提高活性炭对二噁英的吸附性能。

根据本公开的一个方面，提供一种活性炭的制备方法，包括：

将煤粉和添加剂混合，形成混合料，所述添加剂选自硝酸铁、硝酸镍以及氯化锌中的一种或多种，所述添加剂质量为所述煤粉质量的3％-7％；

使混合料加压成型，形成压块；

对所述压块进行炭化处理，形成炭化料；

对所述炭化料进行活化处理，形成活性炭。

在本公开的一种示例性实施例中，所述煤粉的粒径不大于0.075mm。

在本公开的一种示例性实施例中，将煤粉和添加剂混合包括：

将添加剂与水混合，形成添加剂溶液；

将所述添加剂溶液与煤粉混合，形成混合料。

在本公开的一种示例性实施例中，所述混合料中的所述水的质量分数为3％-4％。

在本公开的一种示例性实施例中，对所述压块进行炭化处理包括：

将所述压块投入到温度为200℃的炭化反应室中，并将所述炭化反应室的温度以预设速率升温至550℃，以使所述压块形成炭化料。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设速率为7-10℃/min。

在本公开的一种示例性实施例中，对所述炭化料进行活化处理包括：

将所述炭化料投入到温度为600℃且通有水蒸气的活化反应室中，并将所述活化反应室的温度升至900℃且保持预设时间，以使所述炭化料形成活性炭。

在本公开的一种示例性实施例中，每100g所述炭化料需要通入流速为1.25ml/min的所述水蒸气。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设时间为2-4h。

根据本公开的一个方面，提供一种活性炭，所述活性炭由上述任意一项所述的活性炭的制备方法制备而成。

本公开的活性炭及活性炭的制备方法，使具有煤粉与添加剂的混合料形成压块，并使压块依次经炭化处理、活化处理，形成活性炭。所用的添加剂选自硝酸铁、硝酸镍以及氯化锌中的一种或多种，能够使活性炭中孔径为2-5nm的孔的容积不小于0.38cm³/g，提高了孔径为2-5nm的孔的容积，且平均孔径达到了3.4nm以上，进而提高了活性炭对二噁英的吸附性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施方式的活性炭的制备方法的流程图；

图2为实施例1所制备的的活性炭的孔径分布图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、材料、装置等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。用语“一”和“该”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

本公开实施方式提供一种活性炭的制备方法。如图1所示，该活性炭的制备方法可以包括步骤s100至s130，其中：

步骤s100、将煤粉和添加剂混合，形成混合料，该添加剂选自硝酸铁、硝酸镍以及氯化锌中的一种或多种，该添加剂质量为煤粉质量的3％-7％。

步骤s110、使混合料加压成型，形成压块。

步骤s120、对压块进行炭化处理，形成炭化料。

步骤s130、对炭化料进行活化处理，形成活性炭。

本公开实施方式的活性炭的制备方法，使具有煤粉与添加剂的混合料形成压块，并使压块依次经炭化处理、活化处理，形成活性炭。所用的添加剂选自硝酸铁、硝酸镍以及氯化锌中的一种或多种，能够使活性炭中孔径为2-5nm的孔的容积不小于0.38cm³/g，提高了孔径为2-5nm的孔的容积，且平均孔径达到了3.4nm以上，进而提高了活性炭对二噁英的吸附性能。

下面对本公开实施方式的活性炭的制备方法的各步骤进行详细说明：

在步骤s100中，将煤粉和添加剂混合，形成混合料，该添加剂选自硝酸铁、硝酸镍以及氯化锌中的一种或多种，该添加剂质量为煤粉质量的3％-7％。

该煤粉可以由烟煤依次经干燥、破碎、磨粉而成。该煤粉还可以由褐煤制备而成。由于褐煤储量丰富、价格低廉，大大地降低了活性炭的制备成本。该煤粉的粒径不大于0.075mm，例如可以为0.075mm、0.073mm、0.064mm、0.051mm、0.044mm等。该添加剂选自硝酸铁、硝酸镍以及氯化锌中的一种或多种。该添加剂提高了活性炭的活化效率，起到了催化、造孔作用，有利于活性炭中孔的形成。该添加剂质量为煤粉质量的3％-7％，例如可以为3％、4.2％、5.8％、6.1％、7％等。将煤粉和添加剂混合可以包括：将添加剂与水混合，形成添加剂溶液；将添加剂溶液与煤粉混合，形成混合料。其中，混合料中的水的质量分数可以为3％-4％，例如可以为3％、3.2％、3.4％、3.5％、3.8％、4％等。此外，在混合料进行压块成型前，可以采用捏合机将混合料捏合均匀。

在步骤s110中，使混合料加压成型，形成压块。

该加压成型过程可以在压块机中进行。具体地，将混合料加入压块机的料仓中加压成型，以形成呈胶囊状的压块。此外，在对压块进行炭化处理前，可以将压块粉碎，以形成压块颗粒。该压块颗粒的粒径可以为2-10mm，例如可以为2mm、3mm、4.2mm、5.6mm、7.8mm、9.4mm、10mm等。

在步骤s120中，对压块进行炭化处理，形成炭化料。

举例而言，该炭化处理的过程可以为：将压块投入到温度为200℃的炭化反应室中，并将炭化反应室的温度以预设速率升温至550℃，以使压块形成炭化料。该预设速率可以为7-10℃/min，例如可以为7℃/min、7.1℃/min、7.5℃/min、8.2℃/min、8.6℃/min、9.3℃/min、10℃/min等。

在步骤s130中，对炭化料进行活化处理，形成活性炭。

举例而言，该活化处理的过程可以为：将炭化料投入到温度为600℃且通有水蒸气的活化反应室中，并将活化反应室的温度升至900℃且保持预设时间，以使炭化料形成活性炭。其中，每100g炭化料需要通入流速为1.25ml/min的水蒸气。该预设时间可以为2-4h，例如2h、2.4h、3.3h、4h等。进一步地，炭化料在900℃下活化预设时间后，需要对其进行冷却，以形成活性炭。此外，在使用活性炭对二噁英吸附前，可以将活性炭磨碎，形成粒径不大于0.045mm的活性炭颗粒，并采用该活性炭颗粒吸附二噁英。

下面结合具体实施例对本公开实施方式做进一步说明：

实施例1

本公开实施方式的活性炭的制备方法包括以下步骤：

(1)使烟煤经干燥、破碎、磨粉工序制成粒度为0.075mm的煤粉；

(2)将添加剂zncl2与水混合，形成zncl2溶液。将zncl2溶液与煤粉混合，形成混合料，并采用捏合机将混合料捏合均匀。其中，zncl2质量为煤粉质量的5％，混合料中水的质量分数为4％；

(3)将捏合后的混合料加入压块机的料仓中加压成型，以形成呈胶囊状的压块，并采用颚式破碎机对压块进行破碎，形成粒径为2-10mm的压块颗粒；

(4)将压块投入到温度为200℃的炭化反应室中，并将炭化反应室的温度以10℃/min的速率升温至550℃，以使压块形成炭化料；

(5)将炭化料投入到温度为600℃且通有水蒸气的活化反应室中，并将活化反应室的温度升至900℃且保持2.5h，接着对其进行冷却，以形成活性炭。其中，每100g炭化料需要通入流速为1.25ml/min的水蒸气。其中，所制备的活性炭的碘吸附值为940mg/g，bet比表面积为998m²/g，平均孔径为3.4nm，中孔容积为0.41cm³/g，二噁英的吸附效率为95％。此外，所形成的活性炭的孔径分布图如图2所示。

实施例2

本公开实施方式的活性炭的制备方法包括以下步骤：

(1)使烟煤经干燥、破碎、磨粉工序制成粒度为0.075mm的煤粉；

(2)将添加剂zncl2与水混合，形成zncl2溶液。将zncl2溶液与煤粉混合，形成混合料，并采用捏合机将混合料捏合均匀。其中，zncl2质量为煤粉质量的3％，混合料中水的质量分数为4％；

(3)将捏合后的混合料加入压块机的料仓中加压成型，以形成呈胶囊状的压块，并采用颚式破碎机对压块进行破碎，形成粒径为2-10mm的压块颗粒；

(4)将压块投入到温度为200℃的炭化反应室中，并将炭化反应室的温度以10℃/min的速率升温至550℃，以使压块形成炭化料；

(5)将炭化料投入到温度为600℃且通有水蒸气的活化反应室中，并将活化反应室的温度升至900℃且保持2.5h，接着对其进行冷却，以形成活性炭。其中，每100g炭化料需要通入流速为1.25ml/min的水蒸气。其中，所制备的活性炭的碘吸附值为910mg/g，bet比表面积为902m²/g，平均孔径为4nm，中孔容积为0.38cm³/g，二噁英的吸附效率为96％。

实施例3

本公开实施方式的活性炭的制备方法包括以下步骤：

(1)使烟煤经干燥、破碎、磨粉工序制成粒度为0.075mm的煤粉；

(2)将添加剂ni(no3)2与水混合，形成ni(no3)2溶液。将ni(no3)2溶液与煤粉混合，形成混合料，并采用捏合机将混合料捏合均匀。其中，ni(no3)2质量为煤粉质量的7％，混合料中水的质量分数为4％；

(3)将捏合后的混合料加入压块机的料仓中加压成型，以形成呈胶囊状的压块，并采用颚式破碎机对压块进行破碎，形成粒径为2-10mm的压块颗粒；

(4)将压块投入到温度为200℃的炭化反应室中，并将炭化反应室的温度以10℃/min的速率升温至550℃，以使压块形成炭化料；

(5)将炭化料投入到温度为600℃且通有水蒸气的活化反应室中，并将活化反应室的温度升至900℃且保持2.5h，接着对其进行冷却，以形成活性炭。其中，每100g炭化料需要通入流速为1.25ml/min的水蒸气。其中，所制备的活性炭的碘吸附值为922mg/g，bet比表面积为920m²/g，平均孔径为3.6nm，中孔容积为0.4cm³/g，二噁英的吸附效率为96％。

实施例4

本公开实施方式的活性炭的制备方法包括以下步骤：

(1)使烟煤经干燥、破碎、磨粉工序制成粒度为0.075mm的煤粉；

(2)将添加剂fe(no3)2与水混合，形成添加剂溶液。将添加剂溶液与煤粉混合，形成混合料，并采用捏合机将混合料捏合均匀。其中，添加剂质量为煤粉质量的4％，混合料中水的质量分数为4％；

(3)将捏合后的混合料加入压块机的料仓中加压成型，以形成呈胶囊状的压块，并采用颚式破碎机对压块进行破碎，形成粒径为2-10mm的压块颗粒；

(4)将压块投入到温度为200℃的炭化反应室中，并将炭化反应室的温度以10℃/min的速率升温至550℃，以使压块形成炭化料；

(5)将炭化料投入到温度为600℃且通有水蒸气的活化反应室中，并将活化反应室的温度升至900℃且保持3h，接着对其进行冷却，以形成活性炭。其中，每100g炭化料需要通入流速为1.25ml/min的水蒸气。其中，所制备的活性炭的碘吸附值为952mg/g，bet比表面积为945m²/g，平均孔径为3.8nm，中孔容积为0.39cm³/g，二噁英的吸附效率为95％。

实施例5

本公开实施方式的活性炭的制备方法包括以下步骤：

(1)使烟煤经干燥、破碎、磨粉工序制成粒度为0.075mm的煤粉；

(2)将添加剂与水混合，形成添加剂溶液。该添加剂包括zncl2、ni(no3)2以及fe(no3)2，且zncl2、ni(no3)2以及fe(no3)2的质量比为4/7/3，即ni(no3)2的质量最大，fe(no3)2的质量最小。将添加剂溶液与煤粉混合，形成混合料，并采用捏合机将混合料捏合均匀。其中，添加剂质量为煤粉质量的7％，混合料中水的质量分数为4％；

(3)将捏合后的混合料加入压块机的料仓中加压成型，以形成呈胶囊状的压块，并采用颚式破碎机对压块进行破碎，形成粒径为2-10mm的压块颗粒；

(4)将压块投入到温度为200℃的炭化反应室中，并将炭化反应室的温度以10℃/min的速率升温至550℃，以使压块形成炭化料；

(5)将炭化料投入到温度为600℃且通有水蒸气的活化反应室中，并将活化反应室的温度升至900℃且保持2.5h，接着对其进行冷却，以形成活性炭。其中，每100g炭化料需要通入流速为1.25ml/min的水蒸气。其中，所制备的活性炭的碘吸附值为963mg/g，bet比表面积为952m²/g，平均孔径为3.9nm，中孔容积为0.43cm³/g，二噁英的吸附效率为97％。

本公开实施方式还提供一种活性炭。该活性炭由上述任一实施方式所述的活性炭的制备方法制备而成。该活性炭中孔径为2-5nm的孔的容积不小于0.38cm³/g，平均孔径达到了3.4nm以上，提高了活性炭对二噁英的吸附性能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。