一種生物質磁性活性炭的製備方法與流程

2023-10-23 12:22:27 2

本發明涉及農林廢棄物資源化利用技術和活性炭領域，特別是提供一種生物質磁性活性炭的製備方法。

背景技術：

隨著整體國民經濟水平的提高，農民的生活水平也得到了很大的提高。便捷化生活的同時，農村廢棄物也越來越多，主要有農作物秸稈，林業廢棄物等。這些廢棄生物質目前是隨意被丟棄或者焚燒，嚴重汙染環境。我國是一個農村人口大國，將這些農村廢棄物資源化，變「汙染」為資源，不僅能解決環境問題，還能獲得很好的經濟效益。因此，生物質的開發利用越來越重要。目前國內外生物質的重要開發研究之一是用於製備生物炭或活性炭。活性炭具有發達的孔徑結構、大的比表面積、好的吸附性和化學性質穩定等優點，使得活性炭成為很多領域不可或缺的材料，但活性炭使用後的回收和分離很困難，該問題日益嚴重，處理不當容易造成生態環境的破壞。研究發現，如果對活性炭賦磁，利用磁分離技術能很好地回收磁性活性炭。正是因為這樣的特點，利用可回收的磁性活性炭能解決金礦傳統工藝中尾礦的黃金流失問題。另外磁性活性炭在其他很多領域也有應用，比如：處理廢水中的懸浮物、難降解的高分子材料、有機物、重金屬離子；治療腫瘤等生物醫學中有重要應用；在發展迅速的電子行業也具有可喜的應用。因此，具有可回收優點的磁性活性炭的製備不僅是活性炭生產行業，也是國防、化工、環境、能源及醫學等領域普遍關注的熱點和難題。

目前，國內普遍是以現成的活性炭為原料，採用粘結的方式使活性炭和磁性劑結合。目前製備磁性活性炭的工藝複雜，生產成本高，產品吸附性能差和磁性劑易脫落等。例如，申請號為CN201510592082.8，名稱為「一種用於吸附水中重金屬的磁性活性炭的製備方法」的專利公開的技術方案為：成品的活性炭加水攪拌後，倒入亞鐵鹽溶液，調節PH使亞鐵離子生成沉澱。再加入水合肼、尿素、或者葡萄糖等還原試劑，反應且烘乾後，即得到磁性活性炭。該方案直接使用現成的活性炭，成本高，二步法工藝複雜（包括製備活性炭和活性炭賦磁二步工藝），而且直接將亞鐵離子加鹼生成沉澱會堵塞現有活性炭的孔徑，降低吸附性能。申請號為CN200910077154.X，名稱為「一種磁性活性炭的製備方法和該磁性活性炭」的專利是將原料煤、磁性物質、粘結劑和表面活性劑充分混合後，炭化一段時間，再高溫活化一段時間。使用的粘結劑為瀝青和煤焦油，會堵塞孔徑而降低吸附性能，而高溫活化使用的溫度達到1000℃，能源消耗大。再如申請號為CN201610125895.0，名稱為「一種磁性活性炭的製備方法」的專利公開的技術方案為：將竹屑，月桂酸，FeSO4∙7H2O，H2O2和水按一定比例混合後超聲一段時間，再浸漬一段時間後將混合物移至一定壓力的高壓反應釜，再用微波爐對高壓反應釜進行加熱。用0.2um的PTFE膜過濾。該方案設備複雜，生產成本高，不利於在實際工廠中運行推廣。再如申請號為CN201210103528.2，名稱為「一種煤基錳磁性活性炭的製備方法」的專利，該專利的方案為：先從電解錳渣中提取硫酸錳溶液，再用硫酸錳溶液浸泡脫灰煤粉，然後高溫活化。該方案處理電解錳渣時，使用多次加熱，攪拌，過濾，步驟繁瑣，且試驗中在酸性條件下使用了氟化鈉，有生成氟化氫的危害。

技術實現要素：

本發明使用一步法在真空下裂解生物質直接製備磁性活性炭，目的是製備吸附性強、磁性能優良和化學性質穩定的磁性活性炭，解決現有方法存在孔徑堵塞、工藝步驟繁瑣和能源消耗高的問題。

原料選用木材加工廠中廢棄的杉木屑，以氯化鋅為活化劑，乙醯丙酮鐵為磁性添加劑，十六烷基三甲基氯化銨為表面活性劑。步驟為：

1）將杉木屑清洗、乾燥、粉碎至過20目的篩子。

2）取氯化鋅，加水溶解，另加少許濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱取步驟1中的杉木屑加入氯化鋅溶液中浸漬若干時間，得到原料A；

3）稱取磁化劑乙醯丙酮鐵、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨加水攪拌均勻後，在75℃下水浴一小時，得到原料B；

4）將步驟2中的原料A和步驟3中的原料B充分混合攪拌後，在烘箱中烘乾，得到原料C。

5）將步驟4中烘乾後的原料C加入自製真空高溫的反應器中，在體系壓力為5KPa～50KPa、溫度為400℃～650℃條件下活化30～180分鐘。將活化後的產物在沸水中洗滌，再用去離子水衝洗至PH為中性，乾燥研磨至過200目篩子，即得到了產品磁性活性炭。

從生產工藝看，本發明不用現成的活性炭，而是直接使用農林廢棄物杉木屑為原料真空熱解一步法製備磁性活性炭，其次，磁性添加劑乙醯丙酮鐵分解溫度低，也跟現有工藝常用的磁性添加劑不一樣。因此，本發明與現有工藝相比，有以下優點：第一，原料來源廣泛，既解決了農林廢棄堆積和直接燃燒而造成的環境汙染問題，又實現廢物資源化；第二，磁性添加劑乙醯丙酮鐵在製備過程中與生物質的碳在活化過程中反應，生成了具有磁性的活性炭，沒有使用粘結劑，避免了孔徑堵塞的問題；第三，真空下裂解，降低反應所需活化能，跟常壓下比能減少能源消耗，同時真空下對環境汙染小；第四，乙醯丙酮鐵分解溫度低，能源消耗少。

附圖說明

圖1為本發明實施例5製得的杉木基磁性活性炭的磁滯回線圖。

圖2為本發明實施例4所得磁性活性炭的XRD衍射圖譜。

圖3為本發明實施例4製得的杉木基磁性活性炭的放大倍數為1000的BSE圖。

具體實施方式

實施例1

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 與B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C。將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭碘吸附值為917.6mg/g，亞甲基藍吸附值為295mg/g，飽和磁化強度為1.14emu/g。

實施例2

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵0.48g（磁性劑添加量為6wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨0.96g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 和B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C。將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭碘吸附值為1044.7mg/g，亞甲基藍吸附值為313mg/g，飽和磁化強度為0.55emu/g。

實施例3

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵1.12g（磁性劑添加量為14wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨2.24g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 和B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C。將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭碘吸附值為888.7mg/g，亞甲基藍吸附值為240mg/g，飽和磁化強度為5.6emu/g。

實施例4

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為20wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 與B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C。將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度450℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭飽和磁化強度為4.2emu/g。

實施例5

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C，將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度450℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭碘吸附值為915mg/g，亞甲基藍吸附值為284.5mg/g，所製備的磁性活性炭飽和磁化強度為2.57emu/g。

實施例6

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C。將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度550℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭碘吸附值為946mg/g，亞甲基藍吸附值為323mg/g，飽和磁化強度為0.59emu/g。

實施例7

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C。將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度5KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭碘吸附值為927.8mg/g，亞甲基藍吸附值為297mg/g，飽和磁化強度為1.47emu/g。

實施例8

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙醯丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻後在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌後，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘乾，得到原料C。將C加入自製的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度20KPa的條件下活化60min，將活化後的產物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘乾研磨製備得磁性活性炭。經檢測，所製備的磁性活性炭碘吸附值為834mg/g，亞甲基藍吸附值為267mg/g。飽和磁化強度為2.07emu/g。