CN100482587C - 一种用玉米秸秆制备活性炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种吸附性能较好、高效快速的制备玉米秸秆活性炭的方法。一种用玉米秸秆制备活性炭的方法，包括对粉碎的玉米秸秆用复合活化剂在超声作用下浸泡、微波活化、超声洗涤步骤，最后得到活性炭。复合活化剂是由重量浓度18%-40%的磷酸溶液按固液比(克/毫升)比为1∶1.5-10、固体量(克)/(80-100磷酸浓度)的硫酸(毫升)和固体量(克)/10的NaCl组成；超声浸泡的时间与温度范围是20-60分钟，25-60℃，超声洗涤的时间范围是3-10分钟。本发明的浸泡时间比现有技术缩短10倍以上。利用本发明得到的活性炭亚甲基蓝吸附量为19mL-21mL/0.1g，超过国家一级标准的活性炭产品。

Description

一种用玉米秸秆制备活性炭的方法
一、技术领域
本发明涉及制备活性炭的方法，属于超声与微波化学制造领域。
二、背景技术
目前国内外制备活性炭的技术及生产过程主要是将含炭原料在一定温度下采用活化剂长时间浸泡，然后在活化炉中或微波炉中活化，再用酸、水多次洗涤。但现有的方法均存在浸泡时间长、消耗能量大和用水量多以及废水污染等问题。如申请号为200510010672.1的中国专利申请公开的“一种生产中孔活性炭的方法”就需要将原料在磷酸溶液中40-60℃下浸泡4-8小时；申请号为200410061119.6的中国专利申请公开的“用黄姜皂素生产残渣制备活性炭的方法”需要将原料碳化后再在氯化锌溶液中浸泡12-24小时；专利号为ZL02113270.4的中国专利公开的一种“微波辐射烟杆固体废弃物制造活性炭的方法”也需要将原料在氯化锌溶液中浸泡8小时以上。此外，在2003年第4期《中国资源综合利用》上王泉清等发表的“用磷酸法制备玉米秸秆活性炭的研究”文章所述的一种制备活性炭的方法，也需要将原料浸泡24小时，在67-70℃下干燥2小时，450℃活化2小时，活化料经过热水反复洗涤；在2005年第4期《林产化学与工业》上蒋卉等发表“微波法制造玉米秸秆活性炭工艺条件及性能研究”文章，以氯化锌为活化剂，浸泡30小时，微波活化570秒，最后经酸洗、漂洗等工艺得到亚甲基蓝脱色力为13.1mL/0.1g的活性炭。以上公开的制备活性炭的方法虽然没有报道活化料的洗涤时间，然而在研究中发现，上述方法中活化料的洗涤要用大量的水多次洗涤才能达到pH值为6.5-7。
上述发明专利和文献涉及的方法多数采用单一活化剂，均存在浸泡时间长、消耗能量大、存在废水的污染等问题。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种用玉米秸秆作为生产原料，用复合活化剂和超声技术进行快速浸泡以及用超声技术快速洗涤活化料的制备活性炭的方法。
一种用玉米秸秆制备活性炭的方法，包括对玉米秸秆的预处理，在活化剂存在下的浸泡过程、活化过程和洗涤过程：
所述浸泡过程中超声功率为100-500瓦，超声浸泡温度为25-60℃，超声浸泡时间是20-60分钟；
所述活化过程使用微波装置。在微波装置中活化4-12分钟；
所述洗涤过程超声功率为100-500瓦，超声洗涤3次，每次时间3-10分钟，使溶液的pH值达到6.5-7；
所述浸泡过程使用浸泡液为复合活化剂。复合活化剂是由工业级纯度重量浓度18％—40％的磷酸溶液按固液比(克/毫升)为1：1.5-10，浓硫酸[加入量(单位毫升)＝固体量(单位克)/(80-100磷酸的浓度)]和氯化钠(加入量克＝固体量克/10)组成；
所述原料为玉米秸秆。
与已有的制备玉米秸秆活性炭技术相比具有的优点：
(1)采用复合活化剂比采用磷酸或氯化锌活化剂制备的玉米秸秆活性炭的产品质量提高，脱色力增强，亚甲基蓝脱色力超过19mL/0.1g；
(2)采用超声微波联用技术支持复合活化剂，使得制备玉米秸秆活性炭的生产周期缩短，提高生产效率；
(3)采用超声技术洗涤活化料，使得洗涤时间缩短，洗涤液可反复使用，减少了废水的排放，节约了资源，保护了环境。
四、具体实施方法
下面通过实例对本发明作进一步的说明，但其并不影响本发明的保护范围：
实施例1
将取自江苏淮安地区的玉米秸秆粉碎至10mm左右后，按照固液比1：10取浓度为18％的磷酸，与按照浓硫酸的加入量((毫升)＝固体量(单位克)/(80磷酸的浓度)，NaCl加入量克＝固体量克/10计算公式计算的浓硫酸、NaCl混合，在100瓦超声发生器中控制温度25℃超声60分钟，后装入功率为700瓦的微波炉中活化8分钟，加入活化料5倍的水，充分搅拌后置于超声发生器中超声3分钟，抽滤后再按照相同的方法重复2次成为pH为6.5-7的水溶液，再经烘干即得活性炭产品，活性炭的得率为30.56％。按照国家标准(GB12496.1-22-1999)测试，主要指标---亚甲基蓝吸附值为19mL/0.1g。而国家标准(GB13803.3-1999)中活性炭一级品的亚甲基蓝吸附值为9mL/0.1g，本实施例生产的活性炭产品亚甲基蓝吸附值是国家一级标准的2.11倍。
实施例2
将取自江苏淮安地区的玉米秸秆粉碎至15mm左右后，按照固液比1：6取浓度为30％的磷酸，与按照浓硫酸的加入量＝固体量(单位克)/(90磷酸的浓度)，NaCl加入量克＝固体量克/10计算公式计算的浓硫酸、NaCl混合，在300瓦超声发生器中控制温度45℃超声50分钟，后装入功率为700瓦的微波炉中活化8分钟，加入活化料5倍的水，充分搅拌后置于超声发生器中超声3分钟，抽滤后再按照相同的方法重复2次成为pH为6.5-7的水溶液，再经烘干即得活性炭产品。活性炭的得率为31.36％，按照国家标准(GB12496.1-22-1999)测试，主要指标---亚甲基蓝吸附值为21mL/0.1g。而国家标准(GB13803.3-1999)中活性炭一级品的亚甲基蓝吸附值为9mL/0.1g，本实施例生产的活性炭产品亚甲基蓝吸附值是国际一级标准的2.33倍。
实施例3
将取自江苏淮安地区的玉米秸秆粉碎至5mm左右后，按照固液比1：1.5取浓度为40％的磷酸，与按照浓硫酸的加入量＝固体量(单位克)/(100磷酸的浓度)，NaCl加入量克＝固体量克/10计算公式计算的浓硫酸、NaCl混合，在100瓦超声发生器中控制温度60℃超声20分钟，后装入功率为700瓦的微波炉中活化8分钟，加入活化料5倍的水，充分搅拌后置于超声发生器中超声3分钟，抽滤后再按照相同的方法重复2次成为pH为6.5-7的水溶液，再经烘干即得活性炭产品。活性炭的得率为30.25％，按照国家标准(GB12496.1-22-1999)测试，主要指标---亚甲基蓝吸附值为20.6mL/0.1g。而国家标准(GB13803.3-1999)中活性炭一级品的亚甲基蓝吸附值为9mL/0.1g，本实施例生产的活性炭产品亚甲基蓝吸附值是国际一级标准的2.3倍。

Claims (3)

1、一种用玉米秸秆制备活性炭的方法，将玉米秸秆粉碎后，与复合活化剂所制的浸泡液混合，经超声浸泡结合微波活化，再经超声洗涤，干燥得到活性炭，其特征在于：复合活化剂所制的浸泡液为磷酸，浓硫酸和氯化钠混合而得，其中磷酸采用工业级纯度重量浓度18％—40％，其用量为固体量(克)：液体(毫升)为1：1.5-10，浓硫酸加入量(毫升)为固体量(克)/(80-100磷酸浓度)，氯化钠加入量(克)为固体量/10。
2、根据权利要求1所述的一种用玉米秸秆制备活性炭方法，其特征在于：所述浸泡过程中的超声功率为100—500瓦，功率连续可调，频率28KHz、45KHz和100KHz三频可调，加热功率600瓦，超声浸泡温度为25—60℃，超声浸泡时间为20—60分钟。
3、根据权利要求1所述的一种用玉米秸秆制备活性炭方法，其特征在于：所述的超声洗涤步骤中，超声功率100—500瓦，功率连续可调，频率28KHz、45KHz和100KHz三频可调，加热功率600瓦，进行三次洗涤，每次时间3—10分钟，使溶液的pH值达到6.5-7。
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