一種以玉米芯為原料製備活性炭和糠醛的方法與流程

2023-04-24 12:50:26 4

本發明屬於活性炭製備的領域，具體來說涉及一種以玉米芯為原料的活性炭製備方法。

背景技術：
活性炭是由含炭物質作原料，經高溫炭化和活化製備的疏水性多孔炭質材料，具有特殊微晶結構、發達孔隙結構、巨大比表面積和較強吸附能力，能有效地去除色度、臭味以及大多數有機汙染物和某些無機物，目前已廣泛用於化學工業、食品加工、醫藥、國防、農業等領域，尤其在環境保護中扮演著重要的角色，並且具有良好的發展前景。糠醛渣是玉米芯、花生殼、甘蔗渣、棉籽殼等生物質類物質以及農副產品加工下腳料高溫水解生產糠醛(呋喃甲醛)產生的固體廢棄物。我國的糠醛生產原料以玉米芯為主，每生產1t糠醛產生12t以上的糠醛廢渣，每年排放糠醛廢渣約3000萬噸，如不妥善處理，不僅會對環境造成汙染，經濟上還會產生巨大的浪費。糠醛渣的主要成分為纖維素、木質素，是製備活性炭的極好原料。因此利用糠醛渣為原料生產活性炭，既可以解決廢渣的汙染問題，又能降低活性炭的生產成本，具有明顯的經濟效益和社會效益。活性炭的製備一般分為兩步：第一步是在有氧條件下含碳原料的高溫炭化；第二步是焦炭的活化，又分為物理法及化學法。通常認為，炭化是一連串的物質分解和聚合等反應，主要分為400℃以下的一次分解反應，400℃-700℃的碳氧鍵斷裂反應，700℃-1000℃的脫氧反應等三個反應階段。無論原料是芳香族分子物質還是鏈狀分子物質，經過炭化過程後得到縮合苯環平面狀分子而形成三維網狀結構的炭化物。活化是製備活性炭的關鍵步驟，是活性炭成孔、豐富表面基團、擴大表面積及燒去無序碳的過程。活化溫度和活化時間對炭表面含氧基團的種類和數量有著直接影響，從而影響著炭的性能。

技術實現要素：
針對現有技術的不足之處，本發明的目的是提出一種以玉米芯為原料製備活性炭的方法。本發明的另一目的是提出用所述方法製備得到的產物。實現本發明上述目的的技術方案為:一種以玉米芯為原料製備活性炭和糠醛的方法，包括步驟：1)原料要求：玉米芯粉碎至粒徑在15mm～20mm，作為原料；2)加酸混合：粉碎了的玉米芯和質量濃度為10～15％的硫酸溶液混合，硫酸溶液的用量與玉米芯質量比為0.20～0.29：1；3)汽提水解：將水蒸氣與玉米芯和硫酸混合物接觸進行水解，水蒸氣溫度172℃～175℃，水解時間1.5～2h；4)糠醛收集：汽提水解和壓力排渣過程中收集含有糠醛的蒸汽，冷凝、蒸餾獲得糠醛產品；經水解後的玉米芯和硫酸混合物即為糠醛渣；5)糠醛渣浸漬：KOH溶液與糠醛渣按照質量比1：1混合，室溫下浸漬5h；6)浸漬糠醛渣烘乾：浸漬後的糠醛渣烘乾至無游離水狀態；7)直接活化：烘乾後的糠醛渣分兩段活化，先在500℃下活化30min，再在800℃下活化1h得到固體。其中，所述步驟1)中玉米芯的含水量為5～8％。本發明採用農業廢棄物—玉米芯為原料，可以大量收購。收購後一般放置5～30天，通過自然風乾獲得含水量5～8％的玉米芯。步驟2)中，硫酸溶液與玉米芯的質量單位可以是kg/kg、g/g或斤/斤，或其他本領域技術人員公知的質量單位。其中，...