CN102153066A

CN102153066A - 咖啡碳粉的制造方法

Info

Publication number: CN102153066A
Application number: CN 201010109443
Authority: CN
Inventors: 吕仁焕; 李旺兴
Original assignee: Grand Textile Co Ltd
Current assignee: Grand Textile Co Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: CN102153066B

Abstract

一种咖啡碳粉的制造方法，该方法步骤包括步骤一：提供咖啡废弃物(咖啡渣)为材料做预碳化处理；步骤二：去除此材料的油脂；步骤三：将此材料高温碳化为咖啡碳；步骤四：进行咖啡碳活化处理；步骤五：将咖啡碳粉研磨成微细粉末。

Description

咖啡碳粉的制造方法

技术领域

本发明一种咖啡碳粉的制造方法，尤指一种将咖啡渣制作成微细咖啡碳粉的方法。

背景技术

按，随着地球暖化日益严重造成气候异常现象不断产生，使得人们加紧研发各项节能及可回收再利用的技术，以缓和地球暖化的发生。例如废纸的回收再利用，及各项电器设备中的贵金属回收，甚至人们吃的食物所剩下来做堆肥等等都是利用都气的废弃物，人们运用各种方法来做为资源回收再利用，资源的再利用不但可以节能，还能减少废弃物量，进而降低地球暖化的速度。

努力开发各项新物资的回收再利用，有助于降低垃圾处理量和物资再利用价值，例如增加活性碳的制造量，不但可以降低活性碳的购买成本，还可以降低大自然中的各项有害物质对人类以及环境的伤害，进而降低医疗费用支出，又达到环保的要求。

在环境污染情况严重下活性碳的使用量日益增加，以先进国家为例，日本每人平均约需用0.5公斤的活性碳，美国则为0.4公斤，相较于其他未开发国家或开发中国家，每人每年的消耗量仅在0.03公斤，要高出十倍以上，所以活性碳的使用量增加是必然的趋势。

在活性碳使用量日益增加的情况下，寻找制作活性碳材料的同时可以减少能源耗损，又可将废弃物再做资源回收利用是可行的。而活性碳制造的材料可从木材、椰子壳、以及石化提炼得制。但树木的砍伐森林需消耗大量人力及绿色资源，用椰子壳制作时将其杂质分离需用大量人力。

利用咖啡渣制作咖啡碳是将废弃物的资源回收再利用的好方法，发现由咖啡渣制作比起用木材等更可减少能源的耗损，因为咖啡豆冲泡成咖啡时大部分的咖啡豆都有进行长时间的烘培动作，而此烘培步骤会造成咖啡豆的碳化。咖啡渣取得时都是成粉末状，不像其他的原材料需再进行粉碎制程，所以无论是在进行干燥处理，或者碳化处理都可得到较均匀的效果。

发明人有鉴于前述先前技术的问题，乃依其从事各种咖啡豆产品的制造经验和技术累积，针对上述缺失悉心研究各种解决的方法，在经过不断的研究、实验与改良后，终于开发设计出本发明的一种全新奈米咖啡碳粉的制造方法的发明，以期能屏除先前技术所产生的缺失。

发明内容

本发明的目的，系提供一种微细咖啡碳粉的制造方法，以令将咖啡渣制作成微细状咖啡碳粉。

根据上述的目的，本发明的咖啡碳粉的制造方法，其包括：A、提供咖啡废弃物(咖啡渣)为材料做预碳化处理；B、去除此材料的油脂；C、将此材料高温碳化为咖啡碳；D、研磨咖啡碳为微细粉末，使其成为微细状咖啡碳粉；E、进行咖啡碳活化处理；F、将咖啡碳粉运用于民生工业的吸附滤材代替传统的活性碳使用，符合绿色环保节能的诉求；G、将奈米咖啡碳粉制备成砂线运用于纺织工业，可达到传统竹碳或椰碳纤维的功能，同样符合环保节能；H：运用上胶方法及PU膜等加工过程中加入咖啡碳粉，使其附着于纺织品上，得到咖啡碳粉的功能。而且，该咖啡碳粉的功能性：其一、抗菌；其二、除臭；其三、保温；其四、吸湿排汗；其五、抗紫外线。

为使审查员能对本发明的目的、形状、构造装置特征及其功效，做更进一步的认识与了解，兹举实施例配合图示，详细说明如下：

附图说明

图1：本发明方法的流程图。

图2：加入本发明的PU膜保温能力测试实验数据图。

图3：微细化研磨后的咖啡碳粉显微照片。

图4：咖啡碳粉附着在纱线上的显微照片。

具体实施方式

制造步骤

本发明有关一种咖啡碳粉的制造方法，请参阅图1所示，其方法通过下列步骤进行处理：

11步骤A，预碳化处理：

将咖啡馆里冲泡过的咖啡渣经干净的冷水清洗后再进行脱水，脱水完后直接置入一预碳化炉中干燥，进行预碳化，其中，该预碳化炉是圆形钢制桶身将脱水后的咖啡渣直接置入炉内预碳化，设定温度为170～185℃，时间为85-120分钟，其蒸气压力为3-6KG/cm²，以上条件为优选的经验值，可随着咖啡渣来源的不同而有改变。此一步骤是必须的，如直接碳化处理，咖啡渣的油脂会直接形成焦油而无法制得质纯的咖啡碳。

12步骤B，去除预碳化咖啡渣中的油脂：

将预碳化后的咖啡渣取出，用0.5g/l的纯碱(Na₂CO₃)的水溶液浸泡120分钟，以去除咖啡剩余的油脂，浸泡完后再用干净的水清洗。此时咖啡渣的外观变呈黑褐色，有焦油味道，又，如使用0.5g/l的纯碱(Na₂CO₃)的水溶液加热至60～70℃可缩短浸泡的时间。

13步骤C，最终预碳化咖啡渣制得咖啡碳：

将预碳化后的咖啡渣置入一后碳化炉中，其中该后碳化炉的加热机构优选是远红外线热辐射，令该后碳化炉将预碳化的咖啡渣加热至600～650℃温度下干燥，并使原有的有机物大部分碳化，使咖啡渣碳化在缺氧及高温的条件下，将原料热解(Pyrolysis)形成多裂孔性的结构体。此时制得已可称为咖啡碳，但它的结构尚未细致化，尚需进行活化处理。

14步骤D，咖啡碳的活化处理：

在上述步骤碳化完成后温度尚未下降时，用饱和蒸气(优选在850～950℃)导入后碳化炉中，来进行选择性氧化使咖啡碳活化。活化的咖啡碳可得更致密的细小孔洞，让咖啡碳更具有强大的吸附去污效能。

15步骤E，咖啡碳的微细化研磨：

图3为微细化研磨后的咖啡碳粉显微照片，咖啡碳与活性碳同样具有强大的吸附能力，它可运用于各式的滤材及抗菌防霉的基材。在这些运用必须考虑将咖啡碳微细化至趋奈米程度，咖啡碳的微细化是采用物理性方法，它是将咖啡碳采用湿式球型研磨机。微细化研磨可包含下列三阶段方式制作：

1、趋微米化研磨：

将活化后的咖啡碳置入研磨机后，取用粗研磨球粒径为1.75～2.5mm，先用溶剂(可用纯水或异丙醇稀释液)调整咖啡碳粘度小于10万cps，固体成分为80～85％(wt)，机器运转至烘干后，即得平均粒径约在20um的趋微米咖啡碳，此趋微米化咖啡碳可运用于过滤基材以及医疗口罩的制造。

2、微米化研磨：

将趋微米化后的咖啡碳置入研磨机后，取用研磨球粒径为0.7～0.9mm，先用溶剂(可用纯水或异丙醇稀释液)调整咖啡碳粘度小于2000cps，固体成分为70～75％(wt)，机器运转约至烘干后，即得平均粒径约在2um的微米化咖啡碳，此微米化咖啡碳可运用于纺织工业的纱线制造。

3、趋奈米化研磨：

将微米化后的咖啡碳置入研磨机后，取用研磨球粒径为0.4～0.6mm，先用溶剂(可用纯水或异丙醇稀释液)调整咖啡碳粘度小于100cps，固体成分为30～35％(wt)，机器运转约至烘干后，即得平均粒径约在0.1um的趋奈米化咖啡碳，此趋奈米咖啡碳可运用于纺织工业的纱线制造，也可运用于纺织品的涂布加工等等。

功能试验

1、抗菌能力测试：

我们将咖啡碳粉趋奈米化后，将一定比率趋奈米咖啡碳粉添加于高分子聚合物中进行抽纱，咖啡碳粉会附着在纱线上(如图4的显微照片所示)，并制成一聚酯纤维织物，以如下表1的环境测试本织物的抗菌能力：

表1、加入咖啡碳粉的聚酯纤维织物抗菌测试环境

测试的微生物	金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌
		培养温度	37±2℃
培养周期	18-24小时
		培养介质	营养琼脂
测试样品	加入咖啡碳粉的聚酯纤维织物

并且得到如表2的测试结果：

表2、加入咖啡碳粉的聚酯纤维织物抗菌测试结果

测试微生物	结果
		金黄色葡萄球菌	织物上观察到金黄色葡萄球菌没有成长
肺炎杆菌	织物上观察到肺炎杆菌没有成长

由上述表2的测试结果可以得知加入趋奈米咖啡碳粉于高分子聚合物中进行抽纱，该纱线制成的聚酯纤维织物具有抗菌功能。

将沙线染色布用趋奈米化的咖啡碳粉染色后，得到一含有咖啡碳粉的沙线染色布，以如下表3的环境测试本咖啡碳粉纱线染色布的抗菌能力：

表3、咖啡碳粉沙线染色布抗菌测试环境

测试的微生物	金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌
		培养温度	37±2℃
培养周期	18-24小时
		培养介质	营养琼脂
测试样品	咖啡碳粉沙线染色布

并且得到如表2的测试结果：

表4、咖啡碳粉沙线染色布抗菌测试结果

由上述表4的测试结果可以得知该咖啡碳粉沙线染色布具有抗菌功能。

2、除臭能力测试：

将PU膜的内面包覆趋奈米化后的咖啡碳粉，形成具咖啡碳粉的PU膜，以如下表5的环境测试具咖啡碳粉的PU膜的除臭能力：

表5、具咖啡碳粉的PU膜除臭能力测试环境

样品	10cm×10cm大小咖啡碳粉的PU膜
		气袋容量	5L
使用气体	氨气

使用气体容量	3L
		经过时间	2小时后
处臭效率公式(％)	((CB-CS)/CB)×100CB：对照组，2小时后还在气袋的气体浓度CS：实验组，2小时后还在气袋的气体浓度

并且得到如表6的测试结果：

表6、具咖啡碳粉的PU膜除臭能力测试结果

除臭效率(％)	46.6
		对照组CB(ppm)	58
实验组CS(PPM)	31

由上述表6的测试结果可以得知含有咖啡碳粉的PU膜袋体气体浓度小于不含咖啡碳粉的PU膜袋体，可以得知具咖啡碳粉的PU膜具有除臭功能。

将趋奈米化的咖啡碳粉加入以上胶方法制成的布料，以如下表7的环境测试具咖啡碳粉的布料的除臭能力：

表7、具咖啡碳粉的布料除臭能力测试环境

样品	10cm×10cm大小具咖啡碳粉的布料(以上胶方法制成)
		气袋容量	5L
使用气体	氨气
		使用气体容量	3L
经过时间	2小时后
		处臭效率公式(％)	((CB-CS)/CB)×100CB：对照组，2小时后还在气袋的气体浓度CS：实验组，2小时后还在气袋的气体浓度

并且得到如表8的测试结果：

表8、具咖啡碳粉的布料除臭能力测试结果

除臭效率(％)	50.0
		对照组CB(ppm)	60.0

实验组CS(PPM)

30.0

由上述表8的测试结果可以得知含有咖啡碳粉的布料膜袋体气体浓度小于不含咖啡碳粉的布料袋体，可以得知具咖啡碳粉的布料具有除臭功能。

3、保温能力测试：

如图2所示，将具咖啡碳粉的PU膜，以500W卤素灯照射测试其保温能力，可以发现以卤素灯照射60分钟后，具咖啡碳粉的PU膜其温度可保持在约48℃，而一般的PU膜其温度只保持在约36℃，具咖啡碳粉的PU膜保温能力较佳。

再者，保存咖啡渣通常是用日晒方式使其干燥便于长时间保存及使用，在偶然情况下因天候不佳改以咖啡烘培机烘干，有烘培者不甚烘培温度及时间过长而得制咖啡碳，由以上得到的经验来进行油咖啡渣制作咖啡碳的研究，进行咖啡碳的研究时发现咖啡渣虽以冲泡过，但是含有部分的焦油成分，造成制作咖啡碳的一大难题。经过多次失败及反复试验终究还是得制成分良好的咖啡碳且以制得微细化的咖啡碳粉末。

咖啡碳的运用是十分广泛它可用在各项滤材上，可取代一般活性碳，且它不含其他有害物质如农药、各项有独化学品等。所以它也可运用在医疗口罩的制造。因为咖啡碳粉微细化后也可运用在纺织纤维上，可将一定比率微细化咖啡碳粉添加于高分子聚合物中进行抽纱，所得的纱线具有抗菌、除臭、保温、抗紫外线、吸湿排汗等多项功能。而且我们的制造过程、方法完全是物理方法，未经过任何化学反应取得，真正做到绿色环保节能诉求。

综合上所述，本发明的咖啡碳粉的制造方法，确实具有前所未见的创新构造，其既未见于任何刊物，且市面上亦未见有任何类似的产品，是以，其具有新颖性应无疑虑。另外，本发明所具有的独特特征以及功能远非习用所可比拟，所以其确实比习用更具有其进步性，而符合我国专利法有关发明专利的申请要件的规定，乃依法提起专利申请。

以上所述，仅为本发明最佳具体实施例，惟本发明的构造特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在以下本案的专利范围。

Claims

1.一种咖啡碳粉的制造方法，包括下列步骤：

A、预碳化处理：将冲泡过的咖啡渣经冷水清洗后再进行脱水，脱水完后直接置入一预碳化炉中干燥，进行预碳化；

B、去除预碳化咖啡渣中的油脂：将预碳化后的咖啡渣取出，用一定比例的纯碱水溶液浸泡一预定时间，以去除咖啡剩余的油脂，浸泡完后再用干净的水清洗；

C、最终预碳化咖啡渣制得咖啡碳：将去除油脂后的咖啡渣置入一后碳化炉中，令该后碳化炉将去除油脂后的咖啡渣加热至600～650℃温度下干燥，并使原有的有机物大部分碳化，使咖啡渣碳化在缺氧及高温的条件下，将该咖啡渣热解形成多裂孔性的结构体；

D、咖啡碳的活化处理：在上述步骤碳化完成后温度尚未下降时，用饱和蒸气850～950℃导入后碳化炉中，来进行选择性氧化使咖啡碳活化；

E、咖啡碳的微细化研磨：采用湿式球型研磨机将咖啡碳研磨至0.1～20um尺寸。

2.如权利要求1所述的咖啡碳粉的制造方法，其中，该预碳化炉是圆形钢制桶身，将脱水后的咖啡渣直接置入炉内预碳化，设定温度为170～185℃，时间为85-120分钟，蒸气压为3-6kg/cm²。

3.如权利要求1所述的咖啡碳粉的制造方法，其中，在该去除预碳化咖啡渣中的油脂的步骤中，将预碳化后的咖啡渣取出，用0.5g/l的纯碱水溶液浸泡120分钟，以去除咖啡剩余的油脂，浸泡完后再用干净的水清洗。

4.如权利要求1所述的咖啡碳粉的制造方法，其中，在该咖啡碳的微细化研磨的步骤中，进一步包括下列处理步骤：

步骤1，趋微米化研磨：将活化后的咖啡碳置入研磨机后，取用粗研磨球的粒径为1.75～2.5mm，先用溶剂调整咖啡碳粘度小于10万cps，固体成分为80～85％(wt)，运转至烘干后，即得平均粒径约在20um的趋微米咖啡碳；

步骤2，微米化研磨：将趋微米化后的咖啡碳置入研磨机后，取用研磨球的粒径为0.7～0.9mm，先用溶剂调整咖啡碳粘度小于2000cps，固体成分为70～75％(wt)，运转至烘干后，即得平均粒径约在2um的微米化咖啡碳；

步骤3，趋奈米化研磨：将微米化后的咖啡碳置入研磨机后，取用研磨球的粒径为0.4～0.6mm，先用溶剂调整咖啡碳粘度小于100cps，固体成分为30～35％(wt)，运转至烘干后，即得平均粒径约在0.1um的趋奈米化咖啡碳。

5.如权利要求4所述的咖啡碳粉的制造方法，其中，该溶剂为一纯水或异丙醇稀释液。

6.如权利要求1所述的咖啡碳粉的制造方法，其中，该咖啡碳粉运用于纱线抽纱、纱线染色、PU膜与上胶方法的加工过程中，加入咖啡碳粉使其附着于纺织物上，以令该纺织物具有抗菌、除臭、保暖、抗紫外线与吸湿排汗功能。