阅读说明：本技术 一种降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法 (Process method for reducing ash content of phosphoric acid method activated carbon ) 是由 徐茹婷 孙康 许伟 卢辛成 王傲 孙昊 刘艳艳 陈超 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法,该方法利用碱洗、酸洗、添加氧化剂的组合工艺对活性炭中难溶于水的聚合磷酸和聚合磷酸盐灰分进行深度脱除,在25-100℃振荡15-60min,通过离心脱水,得到低灰分磷酸法活性炭。该方法得到的活性炭灰分含量最低可到1％以下。本发明操作简单,易于工业化应用,通过使用常见的酸碱溶液和氧化剂,在一定温度下振荡或浸泡,提高聚合磷酸和聚合磷酸盐灰分的水解速度,通过离心脱水,最大程度地将活性炭孔道内的聚合磷酸等杂质与活性炭快速分离,有效地防止水溶性杂质的二次吸附,从而实现活性炭灰分含量的降低,为磷酸法活性在食品、医药、净水等场合的应用提供了参考和借鉴。(The invention discloses a process method for reducing ash content of phosphoric acid method activated carbon, which utilizes a combined process of alkali washing, acid washing and oxidant addition to deeply remove water-insoluble polymerized phosphoric acid and polymerized phosphate ash content in the activated carbon, oscillates for 15-60min at 25-100 ℃, and obtains the low-ash phosphoric acid method activated carbon through centrifugal dehydration. The ash content of the activated carbon obtained by the method can be below 1 percent at the lowest. The method is simple to operate and easy to industrially apply, the common acid-base solution and the common oxidant are used, the vibration or soaking is carried out at a certain temperature, the hydrolysis speed of the polymerized phosphoric acid and the ash content of the polymerized phosphate is improved, impurities such as the polymerized phosphoric acid in the pore channel of the activated carbon are quickly separated from the activated carbon to the greatest extent through centrifugal dehydration, and secondary adsorption of water-soluble impurities is effectively prevented, so that the reduction of the ash content of the activated carbon is realized, and reference are provided for the application of phosphoric acid method activity in the occasions of food, medicine, water purification and the like.)

一种降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法

技术领域

本发明属于炭材料制备技术领域，具体涉及一种降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法。

背景技术

活性炭是一种孔隙结构发达，比表面积大，选择吸附力强的高效炭质吸附材料，广泛应用于化工、医药、食品、环保、军事等行业中。化学法制备活性炭是将原料与某种化学试剂混合均匀浸渍一定时间后进行炭化、活化、洗涤、烘干等步骤制备活性炭的一种方法。常见的活化剂有磷酸、氯化锌等。氯化锌法活性炭虽然具有高吸附能力，但其对环境污染严重，因此，工厂逐渐采用磷酸法生产化学法活性炭。我国是世界上生产磷酸法木质活性炭第一大国，但生产出的磷酸法活性炭灰分普遍较高，灰分含量在7％左右，大大降低产品附加值，影响了磷酸法木质活性炭在食品、医药、净水等场合的应用。因此，因此降低磷酸法活性炭灰分含量具有重要意义

影响灰分含量的主要因素有原料来源、磷酸浓度、浸渍比、炭化活化温度和时间、洗涤步骤等。活性炭脱灰可以分为前期、中期、后期三个阶段。前期脱灰是指对原料进行处理以达到去除灰分的目的但前期脱灰处理量大。中期脱灰是指在活性炭制备过程中脱灰。后期脱灰是指在活性炭制备过程后进行脱灰，是采用最广泛的脱灰方法。

磷酸法活性炭制备过程需经高温活化，导致磷酸聚合形成难溶性聚合磷酸盐，它们是构成磷酸法木质活性炭灰分的主要成分，而常规洗涤方法无法有效将此类灰分溶解，且无法实现活性炭与部分溶解后的灰分高效分离，直接导致磷酸法活性炭灰分含量偏高。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术中活性炭后期除灰通常仅用常温水洗浸泡，除灰效果不佳，大大降低了活性炭产品的附加值。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法，利用碱洗、酸洗、添加氧化剂对活性炭中难溶于水的聚合磷酸和聚合磷酸盐灰分进行深度脱除，水浴振荡或浸泡，离心脱水，得到低灰分磷酸法活性炭。

所述降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法，碱为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸氢钠中的任意一种或混合物，调节pH至8-11。

所述降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法，酸为盐酸，硝酸，草酸，醋酸，硫酸中的任意一种或混合物，调节pH至2-5。

所述降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法，氧化剂为双氧水，次氯酸，次氯酸钠中的任意一种或混合物，氧化剂与洗液的质量比1-5:100。

所述降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法，水浴温度为25-100℃。

所述降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法，振荡时间为15-120min。

所述降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法，脱水方式为离心。

所述一种降低磷酸法活性炭灰分的工艺方法的制备得到的低灰分磷酸法活性炭灰分含量低于2.2％。

有益效果

(1)本发明操作简单，易于工业化应用。

(2)本发明通过使用常见的碱、酸和氧化剂，在一定温度下振荡或浸泡，提高聚合磷酸和聚合磷酸盐灰分的水解速度，从而实现活性炭灰分含量的降低。

(3)本发明通过离心脱水，最大程度地将活性炭孔道内的聚合磷酸等杂质与活性炭快速分离，有效地防止水溶性杂质的二次吸附，从而实现活性炭灰分含量的降低。

(4)本发明所制备的活性炭灰分含量低，大大提升了产品附加值，为磷酸法活性炭在食品、医药、净水等场合的应用提供了参考。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1

取20g活性炭样品于500ml锥形瓶中，加入200mL水，通过氢氧化钠调节pH至9，25℃下振荡30min，抽滤，再加入200mL水，通过硝酸调节pH至3，25℃下振荡30min，最后加入200mL水，25℃下振荡30min，重复水洗步骤，直至滤液pH约为7。脱水方式全部选用离心，转速为3000r/min烘干后分别测定灰分，样品记为A1，测试结果如表1所示。

实施例2

取20g活性炭样品于500mL锥形瓶中，加入200mL水，通过氢氧化钾调节pH至10，60℃下振荡30min，再加入200mL水，通过盐酸调节pH至3，60℃下振荡30min，最后加入200mL水，60℃下振荡30min，重复水洗步骤，直至滤液pH约为7。脱水方式全部选用离心，转速为5000r/min，烘干后分别测定灰分。样品记为A2，测试结果如表1所示。

实施例3

取20g活性炭样品于500mL锥形瓶中，加入200mL水，通过氢氧化钠调节pH至10，80℃下振荡30min，再加入200mL水，通过硫酸调节pH至4，同时加入1g次氯酸钠，80℃下振荡30min，最后加入200mL水，80℃下水洗振荡30min，重复水洗步骤，直至滤液pH约为7，脱水方式全部选用离心，转速为10000r/min。烘干后分别测定灰分。样品记为A3，测试结果如表1所示。

实施例4

取20g活性炭样品于500mL锥形瓶中，加入200mL水，通过氢氧化钠调节pH至11，80℃下振荡30min，再加入200mL水，通过硝酸调节pH至2，同时加入2g双氧水，80℃下振荡30min，最后加入200mL水，80℃下水洗振荡30min，重复水洗步骤，直至滤液pH约为7，脱水方式全部选用离心，转速为10000r/min。烘干后分别测定灰分。样品记为A4，测试结果如表1所示。

对比例

取20g活性炭样品于500mL锥形瓶中，加入200mL水，25℃下浸泡30min，重复此步骤，直至滤液pH约为7，脱水方式全部选用压滤。烘干后分别测定灰分。样品记为A5，测试结果如表1所示。

表1实施例1-4所制得活性炭的灰分含量

活性炭灰分含量参考标准GB/T 12496.3-1999测定。表1为实施例1-4所制得活性炭的灰分含量。如表一所示，常规水洗浸泡洗涤得到的活性灰分含量较高，为6.24％。通过本发明的组合工艺得到的活性炭样品灰分含量最低可降低至0.96％，这是因为磷酸法活性炭制备过程中部分磷酸会以偏磷酸或聚合磷酸化合物的形式包裹在活性炭中，其水解速率和pH值相关，从碱性到强酸性，其水解速率可加快1000～10000倍，且活性炭的生产原料和生产工艺会把一些金属氧化物或无机盐引入导致灰分增高，主要包括K、Na、Mg、Fe、Ca、Si等元素，它们的氧化物会在酸性或碱性环境下溶解。高温更有利于活性炭中可溶性磷酸盐和其他氧化物的脱除。这是因为温度升高，分子运动加快，存在于活性炭表面或孔道内的可溶性磷酸盐和Na、K、Ca等活泼金属的氧化物在水中的溶解度也升高。离心脱水可有效地将活性炭孔道内的可溶灰分迅速带出，且停留时间短，有效地防止水溶性杂质的二次吸附，实现降低灰分。通过添加氧化剂可以破坏聚合磷酸与活性炭的成键结构，进一步实现深度除灰。A4样品的灰分含量低至0.96％。

以上所述的实施实例对本发明的技术方案进行了详细的说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许改动或修饰为等同变化的等效实施例，但是，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改或改进均应包含在本发明范围之内。