一種MgO負載漢麻稈活性炭的製備方法與流程
2023-04-27 04:06:36
本發明涉及一種MgO負載漢麻稈活性炭的製備方法，屬於活性炭製造和改性方面的技術領域。此外，還涉及到工農業生產中固體廢棄物的資源化處理。
背景技術：
漢麻是一類具有天然纖維結構的草本植物，該植物種植周期較短，對環境的適應能力較強，我國南方地區種植量較大。目前對於漢麻的主要應用還是在使用其韌皮部纖維來製造紡織品，而對於佔植物整體大約80％的漢麻稈卻沒有得到充分的利用，因此在很大程度，造成了資源的浪費。漢麻稈的組成成分和結構與普通木材相似，其中包含了纖維素、半纖維素、木質素以及發達的孔隙結構。同時，漢麻稈材料具有天然的納米級微孔結構，這種結構經過炭化以後可以保存下來，因此是製備富含大量微孔活性炭材料的極佳原料。
納米氧化鎂是廣泛應用於有毒廢物的治理、催化、抗菌等領域的重要功能材料，它表面存在大量缺陷、邊、角、臺階等活性位使其可以作為吸附劑，吸附有害氣體或是去除水中有害金屬離子。納米氧化鎂原料成本低，製備工藝簡便，而且重要的一點納米氧化鎂的催化降解過程不需要光激發、不需要依賴紫外光光照，因此納米氧化鎂是應用最為廣泛的一種納米抗菌材料。如果將納米氧化鎂負載於活性炭上，那麼其比表面積將更高，化學性能也會得到進一步的提升，所以近年來納米氧化鎂活性炭負載型催化劑的製備和性能測試成為國內外研究的重點。
活性炭作為一種常見的吸附材料，具有價格低廉、孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力較強以及機械強度可靠等優點。漢麻稈是一種具有天然孔隙結構的農作物秸稈，經過KOH活化後，製備而成的漢麻稈活性炭很好的繼承了前驅體的孔徑結構。使用漢麻稈活性炭作為載體，可以很好地解決納米氧化鎂使用後出現的回收困難的問題，並且提高了納米氧化鎂的比表面積，從而提高反應活性。
技術實現要素：
本發明的目的旨在針對現有技術的不足，提供一種MgO負載漢麻稈活性炭的製備方法。該製備方法工藝簡便，成本廉價，易於控制，並將活性炭作為載體與氧化鎂的催化降解性能結合起來，極大提高了吸附降解汙染物的效率。
本發明所採用的技術方案為：一種MgO負載漢麻稈活性炭的製備方法，其具體步驟如下：
(1)將漢麻稈切成5～8cm長的短條，乾燥後將其置於炭化爐中進行炭化處理。炭化溫度為500℃，炭化時間為2小時。
(2)使用粉碎機將炭化後的原料粉碎成能過80～100目篩子的炭粉末。再以氫氧化鉀為活化劑，將漢麻稈炭粉在氫氧化鉀溶液中浸漬24h後烘乾。
(3)將烘乾後的樣品置於箱式電阻爐中進行活化處理，活化溫度為800℃，活化時間為2h。活化之後將樣品取出水洗至中性後烘乾，即製得漢麻稈活性炭
(4)將一定量80～100目的漢麻稈活性炭粉末置於一定濃度的硝酸鎂溶液和氫氧化鈉溶液中並混合均勻。
(5)將混合均勻後的樣品放入超聲波清洗機中進行超聲波震蕩。震蕩過後再用去離子水反覆清洗以除去雜質
(6)將清洗乾淨後的樣品放入乾燥箱內烘乾30min後，再放入箱式電阻爐內煅燒，即得到MgO負載的漢麻稈活性炭。
在步驟2中，氫氧化鉀和碳化料粉末的質量比為1～4∶1，氫氧化鉀溶液的濃度為50％。
在步驟4中，硝酸鎂溶液的濃度為0.2～0.6mol/L，氫氧化鈉溶液的濃度為0.2～0.6mol/L。
在步驟5中，超聲波震蕩的反應時間為20～60min，反應溫度為40～80℃。
在步驟6中，煅燒溫度為500℃，煅燒時間為2h。
與現有技術相比，本發明具有以下優點和效果：
1、以漢麻稈為原料，通過KOH活化法製備了含有發達微孔結構和大比表面積的負載了納米氧化鎂的漢麻稈活性炭，從而實現了對有毒氣體和汙水的吸附降解以及對環境的治理和保護。
2、將活性炭作為載體與氧化鎂的催化降解性能結合起來。一方面利用活性炭對廢水以及染料等具有良好的吸附性能，另一方面利用氧化鎂對汙染物進行徹底降解，極大提高了吸附降解汙染物的效率。
3、該製備方法流程簡單，工藝簡便，成本廉價，易於控制，有著良好的發展前景和進一步深入拓展研究的價值。
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
(1)將漢麻稈切成5～8cm長的短條，乾燥後將其置於炭化爐中進行炭化處理。炭化溫度為500℃，炭化時間為2小時。
(2)使用粉碎機將炭化後的原料粉碎成能過100目篩子的炭粉末。再以氫氧化鉀為活化劑(氫氧化鉀和碳化料粉末的質量比為4∶1，氫氧化鉀溶液的濃度為50％)，將漢麻稈炭粉在氫氧化鉀溶液中浸漬24h後烘乾。
(3)將烘乾後的樣品置於箱式電阻爐中進行活化處理，活化溫度為800℃，活化時間為2h。活化之後將樣品取出水洗至中性後烘乾，即製得漢麻稈活性炭
(4)將一定量100目的漢麻稈活性炭粉末置於一定濃度的硝酸鎂溶液(硝酸鎂溶液的濃度為0.2mol/L)和氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉溶液的濃度為0.4mol/L)中並混合均勻。
(5)將混合均勻後的樣品放入超聲波清洗機中進行超聲波震蕩。超聲波震蕩的反應時間為20min，反應溫度為60℃。震蕩過後再用去離子水反覆清洗以除去雜質
(6)將清洗乾淨後的樣品放入乾燥箱內烘乾30min後，再放入箱式電阻爐內煅燒，煅燒溫度為500℃，煅燒時間為2h。即得到MgO負載的漢麻稈活性炭。
測得製得的MgO負載的漢麻稈活性炭比表面積為1589.27m2/g，微孔比表面積為1420.52m2/g，微孔孔容積為0.751cm3/g，平均粒徑尺寸為40nm，對於甲基橙和對氧磷的降解率分別為90.32％和94.34％。
實施例2
(1)將漢麻稈切成5～8cm長的短條，乾燥後將其置於炭化爐中進行炭化處理。炭化溫度為500℃，炭化時間為2小時。
(2)使用粉碎機將炭化後的原料粉碎成能過80目篩子的炭粉末。再以氫氧化鉀為活化劑(氫氧化鉀和碳化料粉末的質量比為3∶1，氫氧化鉀溶液的濃度為50％)，將漢麻稈炭粉在氫氧化鉀溶液中浸漬24h後烘乾。
(3)將烘乾後的樣品置於箱式電阻爐中進行活化處理，活化溫度為800℃，活化時間為2h。活化之後將樣品取出水洗至中性後烘乾，即製得漢麻稈活性炭
(4)將一定量80目的漢麻稈活性炭粉末置於一定濃度的硝酸鎂溶液(硝酸鎂溶液的濃度為0.4mol/L)和氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉溶液的濃度為0.6mol/L)中並混合均勻。
(5)將混合均勻後的樣品放入超聲波清洗機中進行超聲波震蕩。超聲波震蕩的反應時間為40min，反應溫度為60℃。震蕩過後再用去離子水反覆清洗以除去雜質
(6)將清洗乾淨後的樣品放入乾燥箱內烘乾30min後，再放入箱式電阻爐內煅燒，煅燒溫度為500℃，煅燒時間為2h。即得到MgO負載的漢麻稈活性炭。
測得製得的MgO負載的漢麻稈活性炭比表面積為1275.08m2/g，微孔比表面積為1188.75m2/g，微孔孔容積為0.630cm3/g，平均粒徑尺寸為50nm，對於甲基橙和對氧磷的降解率分別為88.65％和91.23％。