由蘋果渣製備碳分子篩的方法
2023-10-04 05:59:24 1
專利名稱：由蘋果渣製備碳分子篩的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種製備碳分子篩的方法，特別是一種從蘋果渣製備碳分子篩的方法，屬於炭素材料領域。
背景技術：
我國蘋果產量豐富，每年有大量的蘋果由於供銷脫鉤、儲存技術和蘋果深加工落後而腐爛。另一方面，大量的蘋果被用於榨汁，而產生的大量副產物-蘋果渣尚未找到合適的用途加以處理。有專利報導將蘋果渣用於生產肥料，有研究以蘋果渣為原料製備一般的活性炭材料，除此之外沒有其他關於蘋果渣應用的研究報導。
碳分子篩是一種炭質多孔材料，屬於活性炭的一種。其空洞主要由1nm以下的微孔和少量大孔組成，孔徑分布較窄，約在0.5-1.0nm左右。而普通活性炭除了微孔之外，還有大量的中孔和大孔，平均孔徑在2nm左右。碳分子篩的孔為狹縫型。可用於製備碳分子篩的原料非常廣泛，從天然產物到高分子聚合物都可以用來製造碳分子篩。其中最主要的三種是煤、木材、果殼。沒有見到採用蘋果或蘋果渣為原料製備碳分子篩的報導。
經文獻檢索發現，胡逢愷在《淮北煤師院學報》第22卷第2期(2001年6月)上撰文「碳分子篩的製法、性質和用途」，該文介紹了製備碳分子篩的方法可以概括為以下五種熱分離法、熱收縮法、氣體活化法、覆蓋法和澱積法。其中熱分離法是把木材、果殼、煤或合成樹脂等未炭化物置於惰性氣氛中，在適當的熱分解條件下使其炭化製得產品。其他四種方法都需要由果殼、煤、合成樹脂製備得到碳材料後繼續後處理加工製備。而熱分離法目前為止只應用到少量特殊原材料，例如薩蘭樹脂、聚偏氯乙烯、酚醛樹脂等，且採用的製備方法相對複雜成本相對較高。在進一步的檢索中尚未見到以蘋果或蘋果渣為原材料製備得到碳分子篩的報導。
發明內容
本發明的目的在於針對背景技術中的不足，提供一種由蘋果渣製備碳分子篩的方法，使其從蘋果或蘋果渣直接製備碳分子篩，找到充分發揮蘋果特殊結構和性質，實現蘋果資源充分利用，與傳統的碳分子篩製備方法相比，本發明採用的製備方法工藝簡單，製備成本低。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明採用蘋果廢棄物資源為原材料，通過對蘋果廢棄物資源進行烘乾、粉碎等預處理，再在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化得到具有較高比表面積、微孔分布比較均一、微孔尺寸在6.2-10範圍內的碳分子篩。
以下對本發明方法作進一步的說明，具體如下(1)原材料預處理對蘋果廢棄物資源進行預處理，通過擠壓、烘乾、粉碎，將原材料製成乾燥的粉末，粉末粒徑小於1000微米，烘乾採用普通烘箱或真空烘箱或冷凍乾燥機。
(2)在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化將經過預處理的原材料放入碳化爐中，堆放方式根據所採用碳化裝置的情況不同而不同。對於一般的真空碳化爐或者氣體保護碳化爐，原材料在平面上自然鋪放，鋪放厚度可在較大範圍內調節，優選厚度為1cm-5cm。對於連續碳化爐，或者可以將原材料不斷翻動的碳化爐，原材料可以自由放置。將溫度升至炭化溫度，炭化得到最後的碳分子篩炭素材料。炭化溫度控制在600-1000℃，優選溫度為750-850℃。
製備得到的炭素材料是具有較高比表面積(數百-1000以上m2/g)、孔徑主要分布在6.2-10的粉狀碳分子篩材料。
本發明具有實質性特點和顯著進步，與傳統的碳分子篩的製造方法和性能相比，本發明採用的原材料是蘋果產業的廢棄物資源，是一種新的碳分子篩製備原材料，其來源廣泛，而且價格低廉；製備方法非常簡單，只包括原材料預處理和炭化兩個步驟，無需活化、沉積等傳統碳分子篩製備所需要的製備步驟，製備成本低，效率高；製得的炭分子篩具有比一般傳統分子篩高的比表面積，最高的比表面積可以大於1000m2/g。本發明解決蘋果產業廢棄資源利用的問題，也提供了一種新的碳分子篩材料，同時具有高的比表面積。
具體實施例方式
結合本發明方法的內容進一步提供以下實施例實施例一將榨汁工業產生的蘋果渣冷凍乾燥後粉碎成粉，用振動篩加以篩分，取尺寸低於63μm的部分500克，將其均勻鋪放在碳盤上，鋪放厚度為1cm，置入真空碳化爐中。以7.5℃/min的速度將溫度升高到800℃，保持碳化1小時。自然降溫後，得到產物60克。此產物的比表面積為1215m2/g，微孔體積為0.41cm3/g，平均微孔尺寸為9.9。其最主要的微孔尺寸為6.2。
實施例二將蘋果渣冷凍乾燥後粉碎成粉，用振動篩加以篩分，取尺寸為125-250μm的部分500克，將其均勻鋪放在碳盤上，鋪放厚度為3cm，置入真空碳化爐中。以5℃/min的速度將溫度升高到750℃，保持碳化1小時。自然降溫後，得到產物90克。此產物的比表面積為781m2/g，微孔體積為0.23cm3/g，平均微孔尺寸為7.9。其最主要的微孔尺寸為6.5。
實施例三將蘋果渣冷凍乾燥後粉碎成粉，用振動篩加以篩分，取尺寸為250-1000μm的部分500克，將其均勻鋪放在碳盤上，鋪放厚度為5cm，置入真空碳化爐中。以5℃/min的速度將溫度升高到850℃，保持碳化1小時。自然降溫後，得到產物100克。此產物的比表面積為527m2/g，微孔體積為0.20cm3/g，平均微孔尺寸為7.8。其最主要的微孔尺寸為6.5。
權利要求
1.一種由蘋果渣製備碳分子篩的方法，其特徵在於，採用蘋果廢棄物資源為原材料，通過對原材料進行預處理，再在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化得到具有較高比表面積、微孔分布均一、微孔尺寸在6.2-10範圍內的碳分子篩。
2.根據權利要求1所述的由蘋果渣製備碳分子篩的方法，其特徵是，所述的對原材料進行預處理，具體如下對蘋果廢棄物資源進行預處理，通過擠壓、烘乾、粉碎，將原材料製成乾燥的粉末，粉末粒徑小於1000微米，烘乾採用普通烘箱或真空烘箱或冷凍乾燥機。
3.根據權利要求1所述的由蘋果渣製備碳分子篩的方法，其特徵是，所述的在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化，具體如下將經過預處理的原材料放入碳化爐中，堆放方式根據所採用碳化裝置有區分對於一般的真空碳化爐或者氣體保護碳化爐，原材料在平面上自然鋪放，鋪放厚度在較大範圍內調節，優選厚度為1cm-5cm，對於連續碳化爐，或者可將原材料連續翻動的碳化爐，原材料自由放置，將溫度升至炭化溫度，碳化得到最後的炭素材料。
4.根據權利要求1或3所述的由蘋果渣製備碳分子篩的方法，其特徵是，炭化溫度控制在600-1000℃，優選溫度為750-850℃。
5.根據權利要求1或3所述的由蘋果渣製備碳分子篩的方法，其特徵是，製備得到的炭素材料是具有較高比表面積，數百-1000以上m2/g、孔徑主要分布在6.2-10的粉狀碳分子篩材料。
全文摘要
一種由蘋果渣製備碳分子篩的方法，屬於炭素材料和生物質資源利用領域。本發明採用蘋果廢棄物資源為原材料，通過對原材料進行預處理，再在真空碳化爐或氣氛保護碳化爐中碳化得到具有較高比表面積、微孔分布比較均一、微孔尺寸在6.2－10範圍內的碳分子篩。與傳統的碳分子篩的製造方法和性能相比，本發明原材料來源廣泛，而且價格低廉；製備方法非常簡單，製備成本低，效率高；碳分子篩的比表面積和孔徑分布可以非常方便地進行控制；製得的碳分子篩最高的比表面積可以大於1000m
文檔編號B01J20/30GK1472134SQ0312906
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月5日 優先權日2003年6月5日
發明者趙斌元, 胡克鰲, 張荻 申請人:上海交通大學