本发明涉及活性炭材料制备，更具体的说是涉及一种竹质柱状活性炭及其制备方法。
背景技术：
1、活性炭作为一种重要的吸附材料，具有极大的比表面积和丰富的孔隙结构，能够提供大量的吸附位点，被广泛应用于水处理和气体净化等环保领域。目前，市场中已经实现产业化应用的活性炭仍以煤质柱状活性炭为主，随着环境保护意识的增强和可持续发展策略的推进，绿色的材料和生产工艺越来越受到关注。以可再生的生物质材料(包括木质纤维材料、竹质材料、果壳材料、植物秸秆材料等)为原料制备的柱状活性炭受到了广泛的关注。与其它生物质材料相比，以竹质材料为原料制备的柱状活性炭具备多重优势：首先，随着“以竹代塑”倡议的计划性实施，我国在竹林资源培育、竹材精深加工、市场应用拓展等全链条将迎来新一轮的高质量发展；其次，我国竹材资源丰富，竹林面积642.16万公顷，且竹加工产业在全球竹产业中遥遥领先，竹子或竹材加工剩余物为制备活性炭提供了充足的物料基础；此外，竹子拥有天然的轴向输导组织和微观孔隙结构，热解后竹炭的固定碳含量高(＞85％)、比表面积高(＞500m2/g)、灰分低(2％-6％)，进一步活化后使其吸附性能得到极大的提升。然而，传统的竹质柱状活性炭生产过程中普遍使用煤焦油作为粘结剂，例如，中国专利公开号cn104211061a、cn117361525a均有类似报道，且通常需要一定的温度(75-85℃)才能实现煤焦油与竹炭粉的充分混合均匀。然而，煤焦油作为粘结剂存在以下问题：(1)煤焦油在热解过程中通常会释放毒害物质，造成环境污染(cn113265213a)；(2)近年来煤焦油价格持续上升，导致产品的整体成本升高；(3)常温下煤焦油流行性差，与炭粉混合搅拌时需要升温，增加能耗。因此，如何利用性能优异且成本低廉的粘结剂取代或部分代替煤焦油，成为制备竹质柱状炭的关键技术之一。
2、目前，大多数有关竹质柱状活性炭专利的研究多集中在孔隙结构调控(cn107253719a)、活化气氛调控(cn104211061a)、竹材加工剩余物废物利用(cn107555431a、cn117361525a)，旨在制备出强度高、孔隙结构发达、吸附性能强的柱状活性炭，然而缺乏活化工艺条件对竹质柱状活性炭结构和性能的影响规律，尽管制备的样品能够满足标准相关指标的要求，但样品间性能差异较大，影响规律不明显，不能用于指导实际的生产过程。此外，与物理活化法相比，化学活化法的制备工艺复杂、设备腐蚀严重、且活化后需要经过多次化学清洗才能使用，不仅浪费水资源，还会严重污染环境。因此，选取并优化合适的制备工艺，是提升竹质活性炭强度和吸附性能的关键因素。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种竹质柱状活性炭及其制备方法，创造性的利用酚醛树脂取代或部分代替煤焦油，并与竹炭粉混炼和捏合，然后采用物理水蒸气活化，得到品质高、且强度高、吸附能力强的竹质柱状活性炭。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、首先，本发明提供了一种竹质柱状活性炭的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将竹炭粉、复合成型粘结剂和水在捏合机内搅拌、捏合得到混合湿料，其中所述复合成型粘结剂为高温煤焦油和酚醛树脂的混合物；
5、(2)将混合湿料利用液压挤条机挤出柱状湿炭条；
6、(3)将成型后的柱状湿炭条干燥定型后得到柱状干炭条；
7、(4)将柱状干炭条经一体式水蒸气炭化活化进行炭化固化和活化造孔，制备得到强度高、孔隙率发达的竹质柱状活性炭。
8、优选的，步骤(1)中所述竹炭粉、高温煤焦油、酚醛树脂的重量比为55：(20-30)：(25-15)，更优选为55：25：20，混合湿料中水分含量占总比重8-15％。
9、优选的，所述竹炭粉粒径≤200目，所述高温煤焦油粘度为范围200-300mpa·s，所述酚醛树脂的固含量为43.95％。
10、优选的，步骤(1)中捏合时间15-30min。
11、优选的，步骤(2)中液压挤条机的压力大小为10-15mpa，挤出的柱状湿炭条直径为2-4mm。
12、优选的，步骤(3)中干燥具体为：先于80℃下干燥1h，然后在130℃下干燥2h。
13、优选的，步骤(4)中炭化固化和活化造孔具体为：氮气氛围内以升温速率为10℃/min从常温开始加热升温至500℃，保温炭化1h；然后活化阶段设置升温速率为10℃/min，继续加热升温至800-900℃，更优选为900℃，升至目标温度时立即开启阀门向炉膛内通入水蒸气，设置水蒸气流量为5-15ml/min，更优选为15ml/min，保温活化1-2h，更优选为1.5h。
14、此外，本发明还提供了一种采用如上技术方案所述方法制备得到的竹质柱状活性炭。
15、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种竹质柱状活性炭及其制备方法，具有如下有益效果：
16、本发明提供了一种成分简单、原料丰富、价格低廉且产品易成型的柱状活性炭制备技术，缓解了当前柱状炭制备技术中粘结剂成分复杂且污染环境、生产成本高等问题。其中，以孔隙结构发达、轴向疏导组织定向度高的天然竹子或竹材加工废弃物为原料，有利于炭化过程以及水蒸气活化过程微孔结构的产生，从而得到高比表面积的竹质柱状活性炭。
17、经一体式水蒸气炭化活化处理后的竹质柱状活性炭无需进一步的酸洗处理等过程，简化制备过程、减少能量损耗、降低生产成本，有利于工业规模化、批量化生产。此外，采用正交优化法设计试验，探究了活化工艺参数对柱状活性炭各性能指标的影响规律，并基于最优活化工艺制备了高强度、高比表面积的竹质柱状活性炭。
1.一种竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述竹炭粉、高温煤焦油、酚醛树脂的重量比为55：(20-30)：(25-15)，混合湿料中水分含量占总比重8-15％。
3.根据权利要求1或2所述的一种竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于，所述竹炭粉粒径≤200目，所述高温煤焦油粘度为范围200-300mpa·s，所述酚醛树脂的固含量为43.95％。
4.根据权利要求1所述的一种竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中捏合时间15-30min。
5.根据权利要求1所述的一种竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中液压挤条机的压力大小为10-15mpa，挤出的柱状湿炭条直径为2-4mm。
6.根据权利要求1所述的一种竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中干燥具体为：先于80℃下干燥1h，然后在130℃下干燥2h。
7.根据权利要求1所述的一种竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中炭化固化和活化造孔具体为：氮气氛围内以升温速率为10℃/min从常温开始加热升温至500℃，保温炭化1h；然后活化阶段设置升温速率为10℃/min，继续加热升温至800-900℃，升至目标温度时立即开启阀门向炉膛内通入水蒸气，设置水蒸气流量为5-15ml/min，保温活化1-2h。
8.一种权利要求1-7任一项所述方法制备得到的竹质柱状活性炭。
