專利名稱：利用植物果殼制造碳分子篩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用植物果殼制造碳分子篩的方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)生產(chǎn)分子篩(CMS)是從上個世紀(jì)80年代開始的，經(jīng)過多年發(fā)展，在分子篩生產(chǎn)上已積累了豐富經(jīng)驗，產(chǎn)品已和德國、日本等國家產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到同等水平。然而國內(nèi)關(guān)于植物果殼制備碳分子篩的文獻較為少見，早在1992年11月17日， 大連理工大學(xué)申請了發(fā)明創(chuàng)造名稱為“用核桃殼制造空分富氮用炭分子篩”的發(fā)明專利申請，并相繼在后來的幾年對該項技術(shù)進行了研究，然而隨著酚醛樹脂基碳分子篩的面世，植物果殼制備碳分子篩的相關(guān)技術(shù)報道變的越來越少。原因是碳分子篩是采用酚醛樹脂廢料作為原料，在當(dāng)時較果殼具有明顯的優(yōu)勢。然而十幾年過去了，隨著國家產(chǎn)業(yè)化調(diào)整，可以使用的酚醛樹脂廢料逐漸變少，即便是廢料，由于供不應(yīng)求，廢料成本也呈逐年攀升的趨勢，且樹脂基碳分子篩的制備過程或多或少會帶來環(huán)境的污染。隨著技術(shù)需要，植物果殼制備碳分子篩的相關(guān)技術(shù)重新被提出來。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供利用植物果殼制造碳分子篩的方法，可以有效解決現(xiàn)有碳分子篩工藝環(huán)境污染嚴(yán)重，制造成本高的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于依次包括如下步驟a、將植物果殼粉碎成粉狀物料；b、將粉狀物料進行干燥、磨粉處理成微粉狀物料；c、將微粉狀物料與粘合劑放入捏合機中進行攪拌捏合；d、捏合后物料再放入擠條機中進行成型；e、成型后物料放入轉(zhuǎn)爐中進行炭化處理；f、經(jīng)炭化處理后物料通過炭沉積得到碳分子篩成品。進一步，步驟a中的植物果殼采用核桃殼、杏殼、椰殼，選用此三類果殼的目的在于此三類果殼具有高揮發(fā)份，低灰份，結(jié)構(gòu)均一的優(yōu)勢，在步驟e炭化處理過程中可以得到均一的孔徑結(jié)構(gòu)。進一步，步驟b中粉狀物料經(jīng)干燥處理后的含水率為0. 5% 5%，該范圍內(nèi)的含水量可以讓粉狀物料在步驟b磨粉過程中更好的被加工成微粉狀物料，也更容易達(dá)到微粉狀物料的加工要求。進一步，步驟b中粉狀物料經(jīng)球磨磨成微粉狀物料，微粉狀物料的微粉粒徑控制在5 μ m 30 μ m，此范圍內(nèi)的微粉粒徑，在實施步驟d，e后獲得的碳分子篩產(chǎn)品質(zhì)量最高。進一步，步驟c中微粉狀物料與粘合劑的質(zhì)量份為微粉狀物料42 55;
煤焦油10 2O;水30 40。此步驟中，微粉物料和水含量高低決定分子篩產(chǎn)品的產(chǎn)氣率，煤焦油決定了分子篩的顆粒強度。微粉物料含量高，產(chǎn)氣率高，卻帶來顆粒強度下降。水分含量過高則難以成型，三者在范圍內(nèi)存在最佳配比。進一步，步驟d中捏合后物料經(jīng)擠條機成型成圓柱狀物料，圓柱狀物料的柱直徑 1. Omm 3. Omm,柱高2mm 10mm，成型物料直徑越細(xì)，高度越小獲得產(chǎn)品質(zhì)量越高。進一步，步驟e中的炭化處理為將成型后物料在有氮氣保護的轉(zhuǎn)爐中加熱升溫至 400 450°C，恒溫加熱25min 45min，進行一次炭化，溫度涉及成型物料在該溫度下有機組分的裂解過程，溫度高低，恒溫時間長短決定炭化過程造孔是否充分，是否獲得最佳的分子篩比表面積。更進一步，將一次炭化處理后的物料再在有氮氣保護的轉(zhuǎn)爐中加熱升溫至700 780°C，恒溫加熱50min 75min，進行二次炭化，此過程為高溫下分子篩孔徑收縮過程，調(diào)控最佳溫度，最佳恒溫時間，可以獲得選擇性更高的碳分子篩半成品，在步驟f中可節(jié)省烴類或者醇類有機化合物的用量和沉積時間。進一步，步驟f中的炭沉積為利用氮氣將烴類或者醇類有機化合物帶入轉(zhuǎn)爐中， 使炭化處理后物料的孔隙表面炭沉積堵孔。進一步，烴類為芳烴、烯烴、苯、甲苯、二甲苯、乙烯，醇類為1 4個碳原子的醇。此步驟所涉及的烴類或者醇類有機化合物，以苯呈現(xiàn)的堵孔效率最高，制得的分子篩孔徑分
布最窄。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，可以有效解決碳分子篩工藝污染環(huán)境問題，有利于環(huán)境保護；同時本發(fā)明利用植物果殼，相繼進行粉碎、干燥、磨成微粉、和粘合劑一并放入捏合機、成型，再進行炭化、表面炭沉積得到碳分子篩成品，充分利用廢物制造高價值產(chǎn)品，降低碳分子篩制造成本。本發(fā)明工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。
具體實施例方式本發(fā)明利用植物果殼制造碳分子篩的方法，依次包括如下步驟a、將植物果殼粉碎成粉狀物料，粉狀物料的粒徑為4目 80目，植物果殼采用核桃殼、杏殼、椰殼。b、將粉狀物料進行干燥、磨粉處理成微粉狀物料；粉狀物料經(jīng)干燥處理后的含水率為0. 5% 5%， 粉狀物料經(jīng)球磨磨成微粉狀物料，微粉狀物料的微粉粒徑控制在5 μ m 30 μ m，最佳微粉粒徑不超過10 μ m。c、將微粉狀物料與粘合劑放入捏合機中進行攪拌捏合，微粉狀物料與粘合劑的質(zhì)量份為微粉狀物料42 55 ；煤焦油10 20 ；水30 40。d、捏合后物料再放入擠條機中進行成型，捏合后物料經(jīng)擠條機成型成圓柱狀物料，圓柱狀物料的柱直徑 1. Omm 3. Omm,柱高2mm 10mm。e、成型后物料放入轉(zhuǎn)爐中進行炭化處理；炭化處理為將成型后物料在有氮氣保護的轉(zhuǎn)爐中以8 10°C /mim的升溫速度加熱升溫至400 450°C， 恒溫加熱25min 45min，進行一次炭化；將一次炭化處理后的物料再在有氮氣保護的轉(zhuǎn)爐中加熱升溫至700 780°C，恒溫加熱50min 75min，進行二次炭化并形成孔隙。f、經(jīng)炭化處理后物料通過炭沉積得到碳分子篩成品，炭沉積為利用氮氣將烴類或者醇類有機化合物帶入轉(zhuǎn)爐中，機化合物優(yōu)選為芳烴、烯烴或1 4個碳原子的醇，更優(yōu)選的是苯、甲苯、二甲苯、乙烯、甲醇或異丙醇，使炭化處理后物料的孔隙表面炭沉積堵孔，冷卻至常溫后取出。實施例一將收集、篩選的植物果殼粉碎成粗粉狀物料用粉碎機粉碎成粗粉狀物料，粉料粒徑在4目 80目范圍，將粗粉狀物料干燥至該物料含水率為1.5% 3%，將干燥后的粗粉狀物料在球磨機中磨成微粉狀物料，微粉粒徑控制在5 μ m 30 μ m，最佳微粉粒徑不超過 10 μ m,將微粉狀物料和由煤焦油、水組成的粘合劑放入捏合機，以質(zhì)量份數(shù)計，微粉狀材料 /煤焦油/水為49/16/35，經(jīng)捏合機捏合后成型成直徑1. 5mm,高5mm的圓柱狀物料，將該圓柱狀物料裝入不銹鋼容器內(nèi)再吊入可傾式旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)，在氮氣保護下進行一次炭化在轉(zhuǎn)爐中以10°C /min的升溫速度升溫至420°C，在此溫度下恒定30min，然后將一次炭化物在氮氣保護下再以8 10°C /min的升溫速度升溫至750°C，在此溫度下恒溫60min，使圓柱狀物料二次炭化并形成孔隙，再利用氮氣將苯帶入爐內(nèi)(苯可以液體狀態(tài)或加熱氣化的氣體狀態(tài)連同氮氣一并入爐)，使炭化并成孔的物料表面炭沉積堵孔，該過程需1 2小時，冷卻至常溫后取出。實施例二 將收集、篩選的植物果殼粉碎機粉碎成粗粉狀物料，粉料粒徑在4目 80目范圍，將粗粉狀物料干燥至該物料含水率為1 2. 5%，將干燥后的粗粉狀物料在球磨機中磨成微粉狀物料，微粉粒徑控制在5 μ m 30 μ m，最佳微粉粒徑不超過10 μ m,將微粉狀物料和由煤焦油、水組成的粘合劑放入捏合機，以質(zhì)量份數(shù)計，微粉狀材料/煤焦油/水為 45/18/37，經(jīng)捏合機捏合后成型成直徑1. 2mm,高3. Omm的圓柱狀物料，將該圓柱狀物料裝入不銹鋼容器內(nèi)再吊入可傾式旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)，在氮氣保護下進行一次炭化在轉(zhuǎn)爐中以10°C / min的升溫速度升溫至400°C，在此溫度下恒定25min ；然后將一次炭化物以8 10°C /mim 的升溫速度加熱至700°C，在此溫度下恒溫55min，使圓柱狀物料二次炭化并形成孔隙，再利用氮氣將甲苯或二甲苯帶入爐內(nèi)，使炭化并成孔的物料表面炭沉積堵孔，該過程需1 2 小時，冷卻至常溫后取出。實施例三將收集、篩選的植物果殼粉碎機粉碎成粗粉狀物料，粉料粒徑在4目 80目范圍，將粗粉狀物料干燥至該物料含水率為1. 5 4%，將干燥后的粗粉狀物料在球磨機中磨成微粉狀物料，微粉粒徑控制在5 μ m 30 μ m，最佳微粉粒徑不超過10 μ m,將微柱粉狀物料和由煤焦油、水組成的粘合劑放入捏合機，以質(zhì)量份數(shù)計，微粉狀材料/煤焦油/水為 52/17/31，經(jīng)捏合機捏合后成型成直徑2. 8mm,高9. 5mm的圓狀物料，在氮氣保護下進行一次炭化在轉(zhuǎn)爐中以10°C /min的升溫速度升溫至450°C，在此溫度下恒定40min ；然后將一次炭化物8 10°C /mim的升溫速度再加熱至780°C，在此溫度下恒溫70min，使圓柱狀物料二次炭化并形成孔隙，再利用氮氣將乙烯帶入爐內(nèi)，使炭化并成孔的物料表面炭沉積堵孔， 該過程需1 2小時，冷卻至常溫后取出。
權(quán)利要求
1.利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于依次包括如下步驟a、將植物果殼粉碎成粉狀物料；b、將所述粉狀物料進行干燥、磨粉處理成微粉狀物料；c、將微粉狀物料與粘合劑放入捏合機中進行攪拌捏合；d、捏合后物料再放入擠條機中進行成型；e、成型后物料放入轉(zhuǎn)爐中進行炭化處理；f、經(jīng)炭化處理后物料通過炭沉積得到碳分子篩成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于 所述步驟a中的植物果殼采用核桃殼、杏殼、椰殼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于 所述步驟b中粉狀物料經(jīng)干燥處理后的含水率為0. 5% 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于所述步驟b中粉狀物料經(jīng)球磨磨成微粉狀物料，所述微粉狀物料的微粉粒徑控制在 5 μ m 30 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于 所述步驟c中微粉狀物料與粘合劑的質(zhì)量份為微粉狀物料42 55 ； 煤焦油:10 20 ； 水30 40。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于所述步驟d中捏合后物料經(jīng)擠條機成型成圓柱狀物料，所述圓柱狀物料的柱直徑 1. Omm 3. Omm,柱高 2mm IOmm0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于所述步驟e中的炭化處理為將成型后物料在有氮氣保護的轉(zhuǎn)爐中加熱升溫至400 450°C，恒溫加熱25min 45min，進行一次炭化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于將一次炭化處理后的物料再在有氮氣保護的所述轉(zhuǎn)爐中加熱升溫至700 780°C，恒溫加熱50min 75min，進行二次炭化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于所述步驟f中的炭沉積為利用氮氣將烴類或者醇類有機化合物帶入所述轉(zhuǎn)爐中，使炭化處理后物料的孔隙表面炭沉積堵孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用植物果殼制造碳分子篩的方法，其特征在于所述烴類為芳烴、烯烴、苯、甲苯、二甲苯、乙烯，所述醇類為1 4個碳原子的醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用植物果殼制造碳分子篩的方法，依次包括如下步驟a、將植物果殼粉碎成粉狀物料；b、將粉狀物料進行干燥、磨粉處理成微粉狀物料；c、將微粉狀物料與粘合劑放入捏合機中進行攪拌捏合；d、捏合后物料再放入擠條機中進行成型；e、成型后物料放入轉(zhuǎn)爐中進行炭化處理；f、經(jīng)炭化處理后物料通過炭沉積得到碳分子篩成品。本發(fā)明可以有效解決碳分子篩工藝污染環(huán)境問題，有利于環(huán)境保護；同時本發(fā)明利用植物果殼，相繼進行粉碎、干燥、磨成微粉、和粘合劑一并放入捏合機、成型，再進行炭化、表面炭沉積得到碳分子篩成品，充分利用廢物制造高價值產(chǎn)品，降低碳分子篩制造成本。本發(fā)明工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號C01B31/02GK102328924SQ20101051659
公開日2012年1月25日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者姜精哲, 張斌斐, 胡耀明 申請人:胡耀明