專利名稱：：一種利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法
技術領域：
：本發明屬于材料化工以及環境保護
技術領域：
，特別涉及一種利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法。
背景技術：
：隨著汽車工業的快速發展，廢舊輪胎的數量也與日倶增。目前，全球每年大約有超過15億條輪胎報廢。2005年，我國輪胎產量達到31820萬條，年產量首次突破了3億條關口，僅次于美國和日本，成為世界第三大輪胎生產國。與此同時，我國每年也產生高達近l億條的廢舊輪胎(這個數字還將呈逐步增長的趨勢)，然而有近3000萬條左右得不到回收，利用率很低，造成了嚴重的資源浪費。另一方面，廢舊輪胎長期地暴露堆放，不僅占用了大量土地，而且經過日曬雨淋，極易滋生蚊蟲傳播疾病，還容易引起火災，造成了嚴重的環境問題。因此，如何資源化循環利用廢舊輪胎，防止其對環境造成污染，是我國，也是全世界堅持可持續發展所面臨的一個突出問題。目前，廢舊橡膠回收利用項目已列入《中國21世紀議程》方案中，廢舊橡膠的回收利用正發展成為新的環保產業。常見的回收利用廢棄輪胎橡膠的方式主要包括輪胎翻新、熱解、生產膠粉和再生膠等。由于廢舊輪胎含碳量高，近些年一些研究者嘗試以其為制備活性碳的前驅體，試驗證明廢棄輪胎橡膠是制備活性碳的較好原材料。由于廢舊輪胎橡膠含碳量高達60_75%，因此通過一定的碳化活化處理可制成低灰分優良活性炭產品。通常情況下，碳化和活化過程是連續或同時進行的，這樣往往造成原料與活化劑不能充分接觸，故只能通過加大活化劑的用量來被動提高活化效果，從而導致成本大幅度增加。本發明遂研發以廢棄輪胎橡膠為原料，通過優化碳化、活化工藝，制備中孔型活性炭的方法。此法制備的活性炭性質穩定，中孔發達，更適合于吸附普通煤質活性碳無法吸附的大分子化合物以及用作微生物和催化劑的負載材料制備復合型活性碳。本發明為廢舊輪胎橡膠的資源化利用提供了全新的視角和途徑，對于節約能源、改善環境、減少污染具有重要理論和實踐意義。
發明內容本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種工藝簡單、節約能源、環境污染小、生產成本低且制得活性炭性質穩定、中孔發達的利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法。本發明的技術方案—種利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法，將制備工藝中的碳化和活化過程分開進行，先碳化后活化，具體實施步驟如下1)將廢棄輪胎橡膠粉碎成直徑<5mm的顆粒，放入反應設備，在溫度為600°C的氮氣氣氛下碳化45分鐘，形成具有初始孔隙結構的碳化物；2)將上述碳化物與活化劑氫氧化鉀混合研磨15分鐘后，再在氮氣氣氛下于85(TC活化處理120分鐘，即得活化產物；3)將上述活化產物在氮氣氣氛下冷卻至室溫，然后酸洗，最后用高純水反復沖洗至中性，于ll(TC烘箱中烘干即可制得最終活性炭產品。所述步驟1)中廢棄輪胎橡膠含碳量為60%、灰分含量為24%。所述步驟1)中的反應設備為管式爐，其升溫速率為5°C/min，氮氣流速為0.3L/miru所述步驟2)中碳化物與活化劑氫氧化鉀的質量比為1:2。所述步驟3)中酸洗為用濃度為lmol/L的鹽酸浸泡24小時。本發明的優點是工藝簡單、節約能源、環境污染小、生產成本低；制得活性炭性質穩定、中孔發達，更適合于吸附普通煤質活性碳無法吸附的大分子化合物以及用作微生物和催化劑的負載材料制備復合型活性碳；實現了變廢為寶，極大地提高了廢棄輪胎的利用價值，具有廣闊的應用前景。具體實施方式實施例—種利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法，具體實施步驟如下1)將廢棄輪胎橡膠粉碎成直徑<5mm的顆粒，廢棄輪胎橡膠含碳量為60%、灰分含量為24%，分別取20.0g置于管式爐中，在氮氣氣氛下進行碳化處理，升溫速率為5°C/min，氮氣流速為0.3L/min，碳化溫度為60(TC，碳化時間為45分鐘；2)氮氣氣氛下冷卻至室溫后取出碳化物，用研缽研磨成大小均勻的微粒，加入活化劑氫氧化鉀粉末，碳化物與活化劑氫氧化鉀的質量比為1:2，將混合物研磨15分鐘至溶融狀態，然后將混合物在氮氣氣氛下進行活化處理，升溫速率為20°C/min，氮氣流速為0.3L/min，活化溫度為85(TC，活化時間為120分鐘；3)冷卻至室溫后取出活化產物，用濃鹽酸(lmol/L)浸泡24小時，最后用高純水反復沖洗至中性，于ll(TC烘箱中烘干制得高比表面積活性炭。通過掃描電鏡和透射電鏡對制得的高比表面積活性炭進行檢測，結果表明在高溫分解時氧氫等非碳物質被排出，碳原子則進行重新組合，形成以六邊形排列的平面微晶結構，它們的排列是不規則的，微晶間的空隙便造就了活性碳的多孔結構。其BET比表面積為398.5m7g，平均孔徑為5.12nm，中孔(2nm<孔徑<50nm)體積為0.31cmVg，占總孔體積的60%。該活性炭產品主要特征如表l所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>應用實例準確稱取經研磨至150m的干燥活性炭樣品20mg，置于100mL具磨口塞的錐形瓶中，加入一定量預先配好的緩沖液，蓋緊瓶蓋，靜置24小時以使樣品完全潤濕。加入適量的亞甲基藍溶液，然后將錐形瓶置于水平震蕩機上以150轉/分的速度室溫下(23_25°C)混合3天，以保證達到吸附平衡。待平衡后，取上清液于光徑為lcm的比色皿中，用分光光度計在波長665nm下測定吸光度，根據標準曲線最終得到樣品的亞甲基藍平衡吸附值(235mg/g)。碘吸附值按照GB/T12496.8-1999所示方法進行，測定的碘吸附值為793.8mg/g。碘吸附值得大小與活性炭微孔的多少有很大的關聯性，而亞甲基藍分子直徑較大，主要被吸附于中孔孔隙中，所以其吸附值的大小主要用于表征活性炭中孔的多少。由于本發明為中孔型活性炭產品，因此碘吸附值相對較低。由此可見，本產品適合于吸附普通煤質活性碳無法吸附的大分子化合物以及用作微生物和催化劑的負載材料制備復合型活性碳。權利要求一種利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法，其特征在于將制備工藝中的碳化和活化過程分開進行，先碳化后活化，具體實施步驟如下1)將廢棄輪胎橡膠粉碎成直徑＜5mm的顆粒，放入反應設備，在溫度為600℃的氮氣氣氛下碳化45分鐘，形成具有初始孔隙結構的碳化物；2)將上述碳化物與活化劑氫氧化鉀混合，研磨15分鐘后，再在氮氣氣氛下于850℃活化處理120分鐘，即得活化產物；3)將上述活化產物在氮氣氣氛下冷卻至室溫，然后酸洗，最后用高純水反復沖洗至中性，于110℃烘箱中烘干即可制得最終活性炭產品。2.根據權利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟l)中廢棄輪胎橡膠含碳量為60%、灰分含量為24%。3.根據權利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟l)中的反應設備為管式爐，其升溫速率為5°C/min，氮氣流速為0.3L/min。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟2)中碳化物與活化劑氫氧化鉀的質量比為l:2。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟3)酸洗為用濃度為lmol/L的鹽酸浸泡24小時。全文摘要一種利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法，將制備工藝中的碳化和活化過程分開進行，先碳化后活化，步驟如下1)將廢棄輪胎橡膠粉碎成顆粒，放入反應設備，在高溫和氮氣氣氛下碳化；2)將上述碳化物與活化劑氫氧化鉀混合，研磨后，在氮氣氣氛下高溫活化處理；3)將活化產物在氮氣氣氛下冷卻至室溫，酸洗后用高純水反復沖洗至中性，烘干后制得最終活性炭產品。本發明的優點是工藝簡單、節約能源、環境污染小、生產成本低；制得活性炭性質穩定、中孔發達，更適合于吸附普通煤質活性碳無法吸附的大分子化合物以及用作微生物和催化劑的負載材料制備復合型活性碳；實現了變廢為寶，極大地提高了廢棄輪胎的利用價值，具有廣闊的應用前景。文檔編號C01B31/08GK101708841SQ200910228529公開日2010年5月19日申請日期2009年11月13日優先權日2009年11月13日發明者廉菲,祝凌燕申請人:南開大學