一種漢麻稈、樹根混合活性炭的製備方法與流程
2024-02-24 03:28:15 2
本發明屬於一種活性炭的製備方法。
背景技術：
活性炭以其巨大的比表面積和豐富的孔隙結構成為了工業應用中極其通用的一種吸附劑，被廣泛使用於各類生活應用中。活性炭通過從液體和氣體中吸附有害物質，可以去除空氣中的異味、飲用水中的雜質、重金屬離子等，起到淨化的作用。傳統的活性炭是用煤、焦炭以及木製品製得的，而現在這些資源供應緊缺，主要用於國民支柱產業。21世紀以來，資源匱乏問題的日益突出，使如何利用環保可再生材料來製備活性炭成為研究熱點。
據調查統計，2010年全國秸稈理論資源量為8.4億噸，可收集的資源量約為7億噸，秸稈資源豐富。但對秸稈的綜合利用程度較低，大部分秸稈被就地焚燒或粉碎還田，不僅沒有得到增值化利用，還對環境造成非常嚴重的汙染。因此，尋找廢棄農作物秸稈高效利用途徑是一個亟待解決的問題。不少學者從農業副產品中開拓出了製備活性炭的新材料，使用大麥秸稈製備出了高吸附性能的活性炭，對工業汙染物亞甲基藍染液有較好的吸附作用；毛宇等以廢棄的辣椒秸稈為原料，KOH為活化劑製備活性炭，得到了碘吸附值高達2356.40mg/g的活性炭，且通過掃描電鏡觀察發現其具有豐富發達的蜂窩狀孔隙結構。使用農作物秸稈製備活性炭，不僅可以降低活性炭對傳統原料的依賴性，而且可以減少資源消耗、提高秸稈的利用效率，並降低環境汙染。
漢麻稈因產量大、價格低廉、可再生等優點而引起人們的高度關注。漢麻是我國主要纖維素作物之一，在各地均有種植。據統計，我國漢麻產量佔世界總產量的1/3，排名第一，一季漢麻稈產量相當於一年速生林。同時漢麻稈中含有豐富的纖維素和木素，並具有天然納米級孔隙結構，因此引起國內外學者的廣泛關注。
目前用物理法和化學法生產出的不同材質的活性炭的物理和化學性能不盡相同，不同的原料有不同的孔徑，其中以椰殼為原料的活性炭的孔徑最小，木質活性炭的孔徑一般較大，煤質活性炭的孔徑介於兩者之間。目前活性炭應用技術中缺乏針對不同的吸附對象，選用相應材料的活性炭的應用技術較為單一。基本上都是採用單一的材料製備活性炭，造成活性炭吸附率較低，吸附效果不理想。
利用秸稈製得的活性炭，碘吸附值、比表面積均處於較高的水平，性能優良，既可以節約資源，實現秸稈的增值化利用，又可以製備出需求量大的活性炭，拓展能源利用渠道的新模式。
技術實現要素：
本發明的目的是設計一種活性炭的製備方法，採用漢麻稈和樹根混合的製備方法能保證該活性炭具有較高的比表面積，良好的吸附汙物的功能，還具有定型堅固，廢物利用，治汙成本低，低碳節能和治理效果好的優點；並且採用磷酸一步合成法，節省能源，操作簡便。
為此，活性炭所使用的原料的重量配比是：漢麻稈與樹根按1∶1比例進行混合。其具體步驟如下：
(1)原料預處理：將漢麻稈和樹根去皮後鋸切成半徑2cm、長4cm左右的小段，用蒸餾水清洗，於105℃下乾燥至質量恆定；
(2)烘乾粉碎：採用高速藥物粉碎機對漢麻稈、樹根小段進行粉碎，篩取100～300目粉末，烘乾備用；
(3)浸泡：分別稱取相同質量的漢麻稈、樹根粉末置於瓷坩堝中，將濃度為50％磷酸溶液與混合粉末混合均勻，室溫下浸漬處理16～24h，放於電熱鼓風乾燥箱中，於105℃下乾燥至質量恆定。
(4)活化：將烘乾的混合物移至馬弗爐中，在沒有氮氣保護的條件下，以10℃/min的升溫速率升溫至一定溫度並保持一定時間；
(6)活化後處理：將活化得到的活性炭樣品冷卻至室溫取出，用蒸餾水反覆清洗至濾液呈中性，過濾，濾餅於110℃下乾燥至質量恆重，製得活性炭樣品；
(7)捏合：將活性炭粉末放置混捏機中，加入適中的蒸餾水，混捏50分鐘後，陸續加入10～15份的聚磷酸鈉，繼續捏合15分鐘，在混捏機中捏成捏合物；
(8)擠壓：將捏何物放入裝有模具的壓力機內，工作壓強為200Kg/m2～300Kg/m2，擠壓5分鐘；
(9)乾燥：將步驟(8)製成的型材置入烘乾機內烘乾，烘乾機轉速為1～5轉/分鐘，溫度180℃～200℃，烘乾時間60～80分鐘，製成活性炭產品。
在步驟3中，活化劑為磷酸，活化劑和碳化料粉末的質量比為1～3∶1。
在步驟4中，升溫加熱到500℃～650℃，保溫1～2h。
與現有技術相比，本發明具有以下優點和效果：
1、本發明將漢麻稈和樹根兩種原料混合，並採用磷酸一步合成法的製備方法，既保證活性炭具有高比表面面積，良好的吸附功能，又能節省原料，減少炭化造成的環境汙染。最終將活性炭粉末模壓成型，能使其定型堅固，經久耐用。
2、本發明採用兩種原料混合後製備的活性炭其各項指標優於採用單一的活性炭產品，本發明產品的吸附容量提高55％，解吸殘留小於30％，吸脫附速度提高80～90％，比表面1600～2000m2/g，本發明產品的正壓強度9～9.8Mpa，側壓強度5～6.7Mpa。本發明製成的吸附過濾材孔徑適中，不易堵塞，吸附阻力小，利於材料內的活性炭充分發揮作用，有效吸附有毒物質。
3、本發明方法定型堅固，廢物利用，治汙成本低，低碳節能和治理效果好，利於推廣使用。
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：所使用的原料的重量配比是：所使用的原料的重量配比是：樹根40份、漢麻稈40份、聚磷酸鈉15份。將漢麻稈和樹根去皮後鋸切成半徑2cm、長4cm左右的小段，用蒸餾水清洗，於105℃下乾燥至質量恆定；置入粉碎機中粉碎，將其粉碎至能通過100目篩，得粉末。將粉末用濃度為50％的磷酸以質量比為2∶1的比例浸泡，浸泡時間為16小時；將浸泡後的粉末加入攪拌機中，攪拌、混合均勻，製成混合料。將混合料裝入木材炭化裝置中，加熱至溫度500℃時保溫60分鐘，進行乾餾炭化之後冷卻至室溫，得混合料木炭。將混合料木炭置入球磨機中球磨，得混合料炭粉。將得到的混合料以質量比3∶1的比例放置混捏機中，加入適中的蒸餾水，混捏50分鐘後，陸續加入15份的聚磷酸鈉，繼續捏合15分鐘，在混捏機中捏成捏合物；將捏何物放入裝有模具的壓力機內，工作壓強為200Kg/m2～300Kg/m2，擠壓5分鐘。將製成的型材置入烘乾機內烘乾，烘乾機轉速為1～5轉/分鐘，溫度180℃～200℃，烘乾時間60～80分鐘，製成活性炭產品。
製成的活性炭產品的性能：製備的活性炭的比表面積為1800.85m2/g，微孔比表面積為1491.34m2/g，碘吸附值為1736.01mg/g，總孔容為0.99cm3/g，對六價鉻離子的去除率為89.51％。