一種萬壽菊秸稈活性炭的製備方法與流程

2023-05-28 22:36:21 2

本發明涉及一種活性炭及其製備方法，尤其涉及一種萬壽菊秸稈活性炭及其製備方法

背景技術：

活性炭是有機生物質如煤、石油、木材、秸稈、果殼等經過炭化和活化得到的疏水性材料，具有特殊的微晶結構、巨大的比表面積和發達的孔隙結構，是一種性能優良的吸附材料。理論上來講，碳元素含量高的物質均可以作為製備活性炭的原材料，應用較為廣泛的是礦物類和植物類材料。植物類原料指木材製品、農作物秸稈、果殼、竹材等。這些原料有天然的孔隙結構，在活化過程中，活化劑容易通過這些孔隙進入到材料內部，使活化反應可在較溫和的溫度下進行，可以製得比表面積大、孔隙發達、力學強度好的活性炭。

近年來，對於農林副產品的研究越來越多，其中，使用秸稈原料製備活性炭由於其成本低廉、來源廣泛、可再生，且再生速度快，並與木材結構相似，有天然的孔隙結構，因此將其用於製備活性炭已經受到大家的青睞。同時，我國各地均有種植萬壽菊，已形成了萬壽菊產業規模化生產，加工後剩下的秸稈資源豐富，大部分被直接就地焚燒，對環境造成嚴重的汙染，或粉碎還田，秸稈資源利用率低，沒有得到增值化利用。針對這種資源浪費的情況，本專利首創利用萬壽菊作為原料以製備出性能優異的活性炭，既降低了生產成本，又保護了環境節約了資源。

常見的製備活性炭的工藝分為兩個階段：炭化和活化，其中，活化階段對活性炭的性能有關鍵的影響。在活性炭的製備中，H3PO4由於具有很強的吸水性，常作為活化劑使用，主要起到了脫水的作用。尤其是使用植物類資源作為製備活性炭的原料時，H3PO4可以使連接在木質素和纖維素之間的醚鍵斷裂，使得原料中的氫和氧以水蒸氣的形式釋放出去，抑制焦油等有機物的生成。此外，磷酸作為製備活性炭的常用活化劑，還具有汙染程度輕和生產成本低等特點，並且少量的磷酸對農作物有追肥和助長作用，不會造成環境汙染。

技術實現要素：

本發明以萬壽菊秸稈為原料，磷酸為活化劑製備需求量大的活性炭，既節約資源，解決了環境汙染的問題，又滿足了工業產業化發展的需求。其具體製備工藝流程如下：

(1)選取萬壽菊秸稈的主莖稈部分，磨製成粉末，取通過40～60目孔徑篩的粉末，乾燥至絕幹。

(2)選用濃度為50％的磷酸作為活化劑，將乾燥後的秸稈粉末與磷酸活化劑按一定酸炭比混合後，置於室溫條件下浸漬16h。

(3)將混合後的樣品放入電爐中預炭化2～3h，溫度為200℃。

(4)待預炭化後的樣品冷卻至室溫後，將其置於馬弗爐中於一定溫度下活化一定時間，再取出置於乾燥器中，冷卻至室溫，即製得萬壽菊秸稈活性炭。

在步驟(4)中，磷酸和活性炭的酸炭比為2∶1，活化時間為120min，活化溫度為400℃。

在步驟(4)中，製得的萬壽菊秸稈活性炭碘吸附值為1000mg/g以上，BET比表面積為1200m2/g以上，孔隙結構以微孔為主。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、作為製備原料的萬壽菊秸稈價格低廉、來源廣泛，木質素含量較高，是製備活性炭的優良原料，同時製備出的萬壽菊秸稈活性炭也具有良好的吸附性能。

2、在活性炭的製備中過程中，採用磷酸作為活化劑，具有汙染程度輕和生產成本低等特點，並且少量的磷酸對農作物有追肥和助長作用，不會造成環境汙染。

3、該製備工藝操作簡單、可行性強、經濟環保，是發展循環經濟和農村經濟建設的有效途徑，並具有廣闊的產業化生產應用前景

具體實施方式

下面結合具體實施事例，對本發明進行詳細說明：

實施例1

萬壽菊秸稈選取主莖稈部分，磨製成粉末，取通過40～60目孔徑篩的粉末，乾燥至絕幹；選用磷酸(H3PO4)作為活化劑，濃度為50％；將乾燥後的秸稈粉末與磷酸活化劑按一定酸炭比混合，置於室溫條件下浸漬16h，放入電爐中預炭化2～3h，溫度為200℃，取出，冷卻至室溫，將其置於馬弗爐中在一定溫度下活化一定時間，取出置於乾燥器中，冷卻至室溫。當酸碳比為2∶1，活化時間為120min，活化溫度為400℃時，製得的活性炭的碘吸附值為1145.38mg/g，BET比表面積為1344.225m2/g，HK吸附總孔容為0.72cm3/g，平均孔徑為0.59nm。

實施例2

萬壽菊秸稈選取主莖稈部分，磨製成粉末，取通過40～60目孔徑篩的粉末，乾燥至絕幹；選用磷酸(H3PO4)作為活化劑，濃度為50％；將乾燥後的秸稈粉末與磷酸活化劑按一定酸炭比混合，置於室溫條件下浸漬16h，放入電爐中預炭化2～3h，溫度為200℃，取出，冷卻至室溫，將其置於馬弗爐中在一定溫度下活化一定時間，取出置於乾燥器中，冷卻至室溫。當酸碳比為3∶1，活化時間為120min，活化溫度為500℃時，製得的活性炭的碘吸附值為973.02mg/g，BET比表面積為1167.34m2/g，並為微孔活性炭。