一種高表面活性炭的成型方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種吸附劑的成型方法，具體涉及一種高表面活性炭的成型方法。
【背景技術】
[0002]活性炭廣泛用于飲用水純化、脫色、除臭、除氯和消毒；用于溶劑回收和居住空間諸如賓館，食品加工廠和化學工廠的空氣凈化；用于純化很多化學和食物產品；以及用于多種氣相設備。活性炭在很多經濟部分和重要工業中受到關注，例如食品加工，醫藥，化學，石油，礦業，核，汽車和真空制造等。其中，擁有高比表面積的活性炭更是具有非常高的科學應用價值，可應用于制作超級電容器的材料、變壓吸附、天然氣吸附儲運、空氣凈化以及吸波等前沿產業，具有非常廣泛的市場前景。
[0003]但目前活性炭產品主要是粉末活性炭，粉末活性炭堆密度低、不易儲放、運輸和回收，容易造成粉塵污染。而與粉末活性炭相比，成型活性炭具有較大的尺寸和一定形狀，有較高的堆密度與強度，且無粉塵污染。雖然其較高的密度與較大的尺寸，及粘結成型工藝、會導致其比表面積有一定損失，即單位質量表面積低于粉末活性炭，但由于密度大幅度提高，單位體積表面積要遠遠高于粉末活性炭。在儲存運輸過程中，密度大、單位體積表面積高的成型活性炭更具有優勢。綜上所述，生產一種具有高比表面積的、高強度的成型活性炭，可以進一步提高高表面活性炭的使用價值，有效拓展活性炭的應用領域，產生良好的經濟效益。
[0004]現有公開的技術中，提出了利用粘土和酚醛樹脂聚合物、羧甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛、石油焦等作為粘結劑。其中，CN104276570A需要高溫活化，生產工藝條件苛刻，且成型活性炭的比表面積在1300m2/g以下；CN104192839A所述成型活性炭的比表面積僅為1300m2/g以下；CN103769047A所述的成型工藝粘結劑添加量達到30%，大大降低了成型活性炭的吸附性能；CN103121679A需要高溫活化，生產工藝條件苛刻；CN102180464A、CN101857224A、CN101402454等專利申請，需要高溫活化，生產工藝條件苛刻，且成型后的活性炭的比表面積均在1000m2/g左右。這些現有的成型工藝需要昂貴的裝置設備，由于受到高溫熱處理步驟的影響，普遍存在投資過高、生產能耗大、污染環境等問題，導致產品無法滿足實際生產應用的要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于針對上述活性炭成型工藝的不足，提供一種高表面活性炭的成型方法，實現具有優異性能的成型高表面活性炭的生產和應用。
[0006]本發明實現上述目的的技術方案為:
一種高表面活性炭的成型方法，利用聚丙烯酰胺(PAM)和聚四氟乙烯(PTFE)作為活性炭粉末的粘結劑，通過粘結劑對活性炭粉末的耦合作用，生成成型高表面活性炭，所述成型高表面活性炭具有大于95%的水穩定性和低于0.5mg/dL/min的粉塵磨損率。
[0007]其生產工藝主要包括:干燥、混合、提濃、壓制、脫模等工藝步驟。具體地，將高表面活性炭粉末先進行真空干燥，按照一定的比例制作粘結劑混合液，并按照一定的比例將干燥后的活性炭粉末與粘結劑混合液均勻混合；將混合后的成型漿液陰干提濃至一定濃度后，加入到成型器具中進行壓制成型，最后脫模得到最終產品成型的高表面活性炭。
[0008]優選地，所述活性炭粉末的粘結劑還包括乙醇和水。
[0009]優選地，所述活性炭粉末的比表面積在2000m2/g以上。
[0010]優選地，成型的形狀為圓柱形、球形、扇形或蜂窩狀。
[0011]優選地，成型高表面活性炭的表觀密度達到0.4g/cm3以上，起始粉塵為l~5mg/dL，粉塵磨損率為0.1-0.5mg/dL/min，磨損硬度值為75-100。
[0012]優選地，所述成型高表面活性炭的比表面積在2000m2/g以上。
[0013]—種高表面活性炭的成型方法，具體步驟如下:
(O活性炭粉末烘干:將生產出的含水量較高(含水量大于10%)的活性炭粉末通過真空干燥，形成干的活性炭粉末，干燥后的活性炭粉末含水量小于1% ;
(2)粘結劑的混合液生產:
I)制作聚丙烯酰胺混合溶液:將聚丙烯酰胺與水按lg:20~80ml的比例均勻混合，得到聚丙烯酰胺混合溶液；2)制作聚四氟乙烯混合溶液:將聚四氟乙烯與酒精按照lg:0.5~5ml的比例均勻混合，得到聚四氟乙烯混合溶液；3)制作粘結劑混合液，將聚丙烯酰胺混合溶液和聚四氟乙烯混合溶按照體積比為100~10:1的比例均勻混合，形成粘結劑的混合液；
(3)成型漿液制作:控制聚丙烯酰胺加入的質量為干的活性炭粉末質量的1~15%，將步驟(2)所得的混合液與活性炭粉末混合，得到漿液；
(4)成型漿液提濃:將制作好的漿液平鋪于工作平面上，置于通風環境進行陰干，蒸發水分，得到提濃后的成型漿液，所選用工作平面為塑料布、塑料平板；
(5)活性炭壓制成型:將提濃后的成型漿液加入成型器具中，在常溫條件下壓制成型，得到成型的活性炭；所述壓制的時間為5~30min，壓制壓強為2~15MPa ;所述成型器具為使用常見的工業成型器具，包括液壓機或擠條機，成型器具中的成型模具選用工業成型模具，包括圓柱形、扇形、塊狀、球形；
(6)成型活性炭脫模:將成型的活性炭從模具中脫出，脫模壓力為5~20MPa。
[0014]本發明通過一種新型的成型方法生產成型高表面活性炭，其原理是:利用聚丙烯酰胺(PAM)和聚四氟乙烯(PTFE)作為高表面活性炭的粘合劑，通過幾種粘結劑的耦合作用，同時發揮了聚丙烯酰胺(PAM)硬度高的力學性能，和聚四氟乙烯(PTFE)的韌性及化學穩定性，形成機械強度和水穩定性較好的成型活性炭。此外，相對上述專利中的干法成型工藝、本發明采用了濕法成型，即活性炭成型材料為混合液態，這種工藝使得成型前的混合材料混合更加均勻，成型后活性炭的力學性能更加穩定。該成型工藝大大降低了成型條件，具有成型溫度低、成型壓力低、成型時間快、粘結劑添加量少的特點。此外，利用該成型工藝成型的高表面活性炭具有強度大、水穩定性好、密度高、比表面積高的特點，其主要理化性質均優于其他成型活性炭。
[0015]本發明與現有技術和現狀相比具有以下的有益效果:
1、產品性能優異。本發明所得產品成型高表面活性炭，具有強度大、水穩定性好、密度高、比表面積高的特點，其主要理化性質均優于市面上其他成型活性炭。
[0016]2、設備投資和運行成本低。本發明設備均為常用的工業生產設備，設備的數量少、成本低，裝置的建設投資小；由于本發明的生產條件要求較低，無需加熱、制冷、成型壓力低、時間短，因此與其他工藝相比，大大地降低了工藝生產的能耗，運行成本低。
[0017]3、流程簡單，工藝安全可靠。本發明工藝流程簡單，若干工序均為粉末成型行業中的常見工藝，可通過簡單的時間配合和機組聯合，實現連續化的大規模生產。通過簡單的檢測和自控系統，還可實現全自動化操作。所涉及的均為常用設備，應用技術成熟，選型方便，保證設備安全和生產的連續性。
[0018]4、節約資源，保護環境。本發明改變了現有活性炭成型工藝能耗大、污染環境和無法實現連續化規模生產的現狀，大大降低了生產能耗，節約成型材料，提高了生產效率，并杜絕了生產過程的環境污染。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例對發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0020]實施例1
活性炭粉末烘干:將120g比表面積在2000m2/g以上的活性炭粉末通過真空干燥，形成干的活性炭粉末，干燥后得到10g含水量為0.5%的活性炭粉末。
[0021]粘結劑混合液生產:1)制作聚丙烯酰胺混合溶液，將聚丙烯酰胺與水按lg:50ml的比例均勻混合；2)制作聚四氟乙烯混合溶液，將聚四氟乙烯與酒精按照lg:1ml的比例均勻混合；3)制作粘結劑混合液，將聚丙烯酰胺混合溶液和聚四氟乙烯混合溶按照體積比為20:1的比例混合，形成均勻的混合液