一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法
2023-04-26 13:07:16 2
一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法
【專利摘要】本發明涉及一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法。製備過程是：1)將無患子核殼和果皮殘渣曬乾，粉碎、醇溶液洗滌、過濾備用;2)將原料放入微波反應器中，通入N2，調製微波功率和碳化溫度，保溫碳化後得到炭化料;3）將炭化料與含磷無機酸複合活化劑混合，加蒸餾水，2h後乾燥，在N2保護下快速投入爐溫中活化，冷卻後取出;4）將製備得到的活性炭經鹽酸洗滌、水洗至中性、烘乾後得到粉末狀活性炭成品。本發明製得的無患子活性炭比表面積為1000-2000m2/g、BJH中孔為500-800m2/g。具有發達的中孔，孔隙結構分布合理、表觀密度適中、顆粒密度均勻，性能穩定，具有強的吸附能力。
【專利說明】一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬林產化工【技術領域】，具體涉及一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法。
【背景技術】
[0002]我國是農業大國，每年產生大量的農林廢棄物，如農作物秸杆、農林加工廢棄物、人畜糞便等。目前我國對農林廢棄物的處理方法主要用兩方面:一是進行焚燒，但焚燒後產生的大量粉塵和CO2等汙染物個大氣環境帶來相當大的危害；二是進行堆肥，堆肥需要佔用大量的土地，因有機物分解不徹底就會產生大量的低級脂肪酸和含硫化合物等臭氣物質，影響周邊環境。如何有效的利用農林廢棄物是我國工農業發展過程中不可避免的問題。
[0003]常規的製備活性炭的活化劑有H3P04、K0H、ZnCl等。H3PO4作為活化劑反應較溫和，對設備腐蝕性相對較小，但是製備的活性炭的比表面積相對較小；Κ0Η作為活化劑能夠製備優異的高比表面積活性炭，但是活化反應時產生的鹼蒸汽與鹼飛沫對設備與環境的損害較大；ZnCl作為活化劑消耗大，回收率低，產生的廢水廢氣對環境造成危害。
[0004]侯朝輝(一種中孔炭材料的製備方法.專利號:CN200910043230.5)、張榮樂(一種高比表面積活性炭的連續製備方法.專利號:200610098623.2)、童仕堂(一種介孔活性炭及其製備方法.專利號:200810186027.9)及等相繼對製備工藝及活化劑進行了一定改進，但使用到的活化劑量較大，對設備腐蝕較強，效果都不夠理想。磷酸反應條件相對溫和，對設備的腐蝕性相對較小，工藝方法簡單，被業界廣泛使用，但是單一的活化劑難以有效的控制活性炭地結構，為此，採取多種活性劑復配可以合理的控制活性炭地孔結構。同時，活化的過程對活性炭地孔結構也有很大的影響。
[0005]無患子做為一種能源樹種，在全國得到大規模的種植，無患子果實提取生物柴油原料油後留下了大量的殘渣，無患子殘渣含有豐富的碳源，是活性炭的重要原料來源，目前，尚未見以無患子果實為原料、以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的報導。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種以無患子殘渣為原料、以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法，簡單易行，避免資源浪費，使資源得到有效利用。
[0007]本發明的技術方案所採取的具體步驟如下:
(I)原料預處理
將無患子核殼和果皮殘渣曬乾，經粉碎、醇溶液洗滌3~8次、過濾備用。
[0008](2)碳化
將步驟(1)處理好的原料放入微波反應器中，通入N2，調製微波功率為1000~2000W、碳化溫度為500~700°C，保溫碳化100~300min得到炭化料。
[0009](3)活化
將步驟(2)得到的炭化料與含磷無機酸複合活化劑按質量比混合，加蒸餾水浸沒並攪拌2h後，於105°C的恆溫鼓風乾燥箱乾燥，在N2保護下快速投入爐溫為880°C~900°C的氣氛爐中活化保溫250-300min，冷卻至室溫取出。
[0010](4)後處理:
將製備得到的活性炭經鹽酸洗滌、水洗至中性、烘乾後得到粉末狀活性炭成品。
[0011]本發明步驟(1)中所述的醇溶液質量濃度為50%-99%的乙醇溶液
本發明步驟(3)中所述的含磷無機酸活化劑為磷酸、焦磷酸、偏磷酸、多聚磷酸中的兩種或者幾種組成。
[0012]本發明步驟(3)中所述的炭化料與含磷無機酸複合活化劑的質量比為1: 1-5。
[0013]本發明製得的無患子活性炭比表面積為1000-2000m2/g、BJH中孔為500_800m2/g。具有發達的中孔，孔隙結構分布合理、表觀密度適中、顆粒密度均勻，性能穩定，具有強的吸附能力。本發明的工藝設備簡單，易於大規模生產，原料豐富、價格低廉、市場前景廣闊。
[0014]本發明的方法也適合於以其他的生物質材料為原料製備的活性炭。
【具體實施方式】
[0015]以下是本發明的幾個具體實施例，進一步說明本發明，但是本發明不僅限於此。
[0016]實施例1 將10g的無患子殘渣粉碎、經50%的乙醇溶液洗滌8次，烘乾後放入微波反應器中，通入N2，調製微波功率為1300W、在500°C下碳化300min得到炭化料。
[0017]將得到的炭化料20g與1g的磷酸、20g的焦磷酸混合，加蒸餾水浸沒並攪拌2h後，於105°C的恆溫鼓風乾燥箱乾燥，在N2保護下快速投入爐溫為880°C _890°C的氣氛爐中活化保溫300min，冷卻經鹽酸洗滌、水洗至中性、烘乾後得到粉末狀活性炭成品。所製備的活性炭BET比表面積為1566m2/g，BJH中孔比表面積為725m2/g。
[0018]實施例2
將10g的無患子殘渣粉碎、經60%的乙醇溶液洗滌5次，烘乾後放入微波反應器中，通入N2，調製微波功率為1500W、在600°C下碳化200min得到炭化料。
[0019]將得到的炭化料20g與1g的磷酸、1g的偏磷酸、1g的多聚磷酸混合，加蒸餾水浸沒並攪拌2h後，於105°C的恆溫鼓風乾燥箱乾燥，在N2保護下快速投入爐溫為880°C -900°C的氣氛爐中活化保溫290min，冷卻經鹽酸洗滌、水洗至中性、烘乾後得到粉末狀活性炭成品。所製備的活性炭BET比表面積為1533m2/g，BJH中孔比表面積為672m2/g。
[0020]實施例3
將10g的無患子殘渣粉碎、經80%的乙醇溶液洗滌3次，烘乾後放入微波反應器中，通入N2，調製微波功率為2000W、在700°C下碳化10min得到炭化料。
[0021]將得到的炭化料20g與20g的焦磷酸、5g的偏磷酸、20g的多聚磷酸混合，加蒸餾水浸沒並攪拌2h後，於105°C的恆溫鼓風乾燥箱乾燥，在N2保護下快速投入爐溫為8950C -900°C的氣氛爐中活化保溫260min，冷卻經鹽酸洗滌、水洗至中性、烘乾後得到粉末狀活性炭成品。所製備的活性炭BET比表面積為1394m2/g，BJH中孔比表面積為589m2/g。
[0022]實施例4
將10g的無患子殘渣粉碎、經95%的乙醇溶液洗滌5次，烘乾後放入微波反應器中，通入N2，調製微波功率為1500W、在500°C下碳化180min得到炭化料。
[0023]將得到的炭化料20g與5g的磷酸、3g的焦磷酸、20g的偏磷酸、60g的多聚磷酸混合，加蒸餾水浸沒並攪拌2h後，於105°C的恆溫鼓風乾燥箱乾燥，在N2保護下快速投入爐溫為880°C _885°C的氣氛爐中活化保溫300min，冷卻經鹽酸洗滌、水洗至中性、烘乾後得到粉末狀活性炭成品。所製備的活性炭BET比表面積為1007m2/g，BJH中孔比表面積為508m2/g°
[0024]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法，其特徵在於: 1)將無患子核殼和果皮殘渣曬乾，經粉碎、醇溶液洗滌3~8次、過濾備用； 2)將步驟1)處理好的原料放入微波反應器中，通入N2，調製微波功率為1000~2000W、碳化溫度為500~700°C，保溫碳化100~300min得到炭化料； 3)將步驟2)得到的炭化料與含磷無機酸複合活化劑按質量比混合，加蒸餾水浸沒並攪拌2h後，於105°C的恆溫鼓風乾燥箱乾燥，在N2保護下快速投入爐溫為880°C 900°C的氣氛爐中活化保溫250-300min，冷卻至室溫取出； 4)將製備得到的活性炭經鹽酸洗滌、水洗至中性、烘乾後得到粉末狀活性炭成品。
2.根據權利要求1所述的一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法，其特徵在於所述的醇溶液質量濃度為50%~99%的乙醇溶液。
3.根據權利要求1所述的一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法，其特徵在於所述的含磷無機酸活化劑為磷酸、焦磷酸、偏磷酸、多聚磷酸中的兩種或者幾種任意比例的組成。
4.根據權利要求1所述的一種以含磷無機酸為活化劑製備無患子活性炭的方法，其特徵在於所述的炭化料與含磷無機酸複合活化劑的質量比為1:1~5。
【文檔編號】C01B31/12GK104176735SQ201410405497
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】陳登龍, 王勇, 劉金玲, 黃秀萍, 陳嘉煉 申請人:福建師範大學泉港石化研究院