CN102267696A - 一种利用喜旱莲子草制备活性炭的方法 - Google Patents

一种利用喜旱莲子草制备活性炭的方法 Download PDF

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何国富
刘伟
刘国杨
徐慧敏
李娟�
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Abstract

本发明提供一种喜旱莲子草活性炭的制备方法，该方法是：在喜旱莲子草成熟的季节，收割喜旱莲子草，将其洗净烘干后切为碎段，置于容器中，用磷酸或氢氧化钠溶液浸泡后，在干燥箱中烘干之后放入炭化炉中进行炭活化，炭活化后用热蒸馏水清洗至pH值为6.5～7.5，置于烘箱中，烘干至恒重，并将其粉碎，得到喜旱莲子草活性炭。本发明制得的活性炭比表面积大、吸附能力强且环境友好，具有良好的应用前景。

Description

一种利用喜旱莲子草制备活性炭的方法
 
技术领域
本发明属于生态工程技术领域，具体涉及一种利用喜旱莲子草制备活性炭的方法。
背景技术
活性炭作为一种多孔性含碳物质，具有发达的孔隙结构和特殊的表面特性，是一种用途很广的吸附剂和催化剂，具有相对稳定的物理、化学性质，广泛应用于化工、制药、食品加工等领域。近年来，在环保方面特别是生活饮用水、工业用水和废水的深度净化以及气体的净化上应用越来越多。
传统的活性炭的生态原料有煤、木材、果壳等。但随着人们对森林资源的保护，近些年木质活性炭 在我国活性炭的比重不断降低；由于煤炭的不可再生的特性以及受单一煤种的限制，我国煤基活性炭大部分为中低档产品。因此，寻求新的原料，探索其制备工艺有很大的现实意义。
喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)俗称水花生，属苋科莲子草属，原产于南美洲，目前在各大洲均有分布，是世界公认的恶性杂草之一，2003年我国公布的首批16种重要入侵物种中，空心莲子草名列前三甲。20世纪30年代末，由侵华日军引种到我国上海郊区作马饲料，以后逸为野生，现已扩展到陕、鲁、豫、琼等全国20余个省市区。与其它外来入侵植物相同，喜旱莲子草的耐胁迫能力强，且家禽不喜食，故喜旱莲子草的快速的生长和扩散能力已对生态系统和社会经济发展造成严重影响。
发明内容
本发明以解决外来入侵物种喜旱莲子草的利用率低及传统活性炭原料缺乏为目的，提供一种以喜旱莲子草为原材料制备活性炭的方法，所得活性炭吸附性能好、成本低。既解决了活性炭制备中原材料来源，又有效的控制了喜旱莲子草的泛滥，可实现经济、社会和环境效益的统一。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种喜旱莲子草活性炭的制备方法，该方法是：依次通过喜旱莲子草的物料准备、粉碎、浸泡、炭活化及水洗干燥过程制备其活性炭，具体步骤如下：
a）、物料准备
在喜旱莲子草植株成熟的季节，收割喜旱莲子草，将其洗净并自然风干2～3天后，置于烘箱中烘干至水分含量小于15%； 
b）、粉碎
将烘干后的喜旱莲子草切为2～3cm碎段；
c）、浸泡
将得到的喜旱莲子草碎段置于容器中，用磷酸或氢氧化钠溶液浸泡，浸泡时间为10～14小时；其中：磷酸或氢氧化钠与喜旱莲子草的质量比为4:1～6:1；磷酸溶液的浓度为80%；氢氧化钠溶液浓度为2%；
d）、炭活化
将浸泡后的喜旱莲子草在100～120℃下的干燥箱中烘干之后放入炭化炉中，以10℃/min的升温速度升温至500～700℃温度下进行炭活化，炭活化时通入氮气进行保护；活化时间控制在30～90min； 
e）、水洗干燥
将炭活化后的喜旱莲子草粉末用80～86℃的蒸馏水清洗至pH值为6.5～7.5后，置于烘箱中，在100～120℃下烘干至恒重，并将其粉碎，过50～100目筛，即得喜旱莲子草活性炭。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）本发明首次利用了喜旱莲子草制备活性炭，实现了对外来入侵植物喜旱莲子草的资源化利用，开发了一种低成本的活性炭资源。
（2）喜旱莲子草抗胁迫能力强，且在我国大部分地区都有分布，制备活性炭的成本低且吸附效果好。
（3）制备过程绿色、环保，间接地抵制了喜旱莲子草的泛滥，兼顾了生态、环境及景观效益的实现，并且投入低且环境友好，具有很大的实用价值和广阔的应用前景。
具体实施方式
结合以下实施例来阐述本发明；但本发明的保护内容不局限于以下实施案例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。
实施例1
在9月份，用铁锹、镰刀等工具收割成长于山东省济宁市某南四湖入湖河道的喜旱莲子草，然后洗净并自然风干后，将其置于烘箱中在105℃左右下烘干。将上述烘干的喜旱莲子草将切断为2～3cm，然后用浓度为80%的磷酸浸泡，其中即磷酸与喜旱莲子草的质量比为5:1，浸渍时间为12小时。进行固液分离，将分离后的喜旱莲子草烘干，再放入在氮气的保护下的炭化炉以10℃/min的升温速度升温至600℃温度下恒温80min。然后用温度为80℃的蒸馏水清洗到中性，在105℃下烘干，并且粉碎，后过100目筛。按照国家标（GB12946.1-22-1990）测试，主要指标-碘吸附值为1000mg/g,本实施例生产的活性炭产品碘的吸附值为1600mg/g，是国家一级产品的1.6倍。
实施例2
在10月份，用镰刀、鱼船等工具收割生长于江苏省徐州市某郊区河道的喜旱莲子草，然后洗净，并自然风干后烘干。将上述烘干的得到的喜旱莲子草切断为2cm，并用浓度为2%的氢氧化钠溶液浸泡，氢氧化钠溶液与喜旱莲子草的质量比为4:1，浸泡10小时后进行固液分离。将分离后的喜旱莲子草烘干，再放入炭化炉中以氮气的保护下以10℃/min的升温速度升温至650℃温度下恒温60min。后用温度为85℃的热蒸馏水清洗到中性，然后在100℃下烘干，并且过粉碎筛子100目。按照国家标（GB12946.1-22-1990）测试，主要指标-碘吸附值为1000mg/g,本实施例生产的活性炭产品碘的吸附值为1400mg/g，是国家一级产品的1.4倍。
实施例3
在9月份，用铁锹、镰刀等工具通过收割生长于浙江省杭州市某郊区河道的喜旱莲子草，然后洗净并风干后在110℃左右下烘干。将上述烘干的喜旱莲子草将得到的喜旱莲子草切断为2～3cm，然后用浓度为80%的磷酸浸渍12小时，其中磷酸与喜旱莲子草的质量比为6:1。进行固液分离。将分离后的喜旱莲子草烘干，再放入在氮气的保护下的炭化炉中以 10℃/min的升温速度升温至700℃温度下恒温60min。后用温度为80℃的热蒸馏水清洗到中性，然后在105℃下烘干，并且过粉碎筛子80目。按照国家标（GB12946.1-22-1990）测试，主要指标-碘吸附值为1000mg/g,本实施例生产的活性炭产品碘的吸附值为1500mg/g，是国家一级产品的1.5倍。
实施例4
在8月底，用铁锹、镰刀等工具通过收割成熟的上海市某郊区河道喜旱莲子草，然后洗净风干后在105℃左右下烘干。将上述烘干的喜旱莲子草将得到的喜旱莲子草切断为2～3cm，用浓度为2%的氢氧化钠溶液浸渍14小时，其中氢氧化钠溶液与喜旱莲子草的质量比为6:1。进行固液分离。将分离后的喜旱莲子草烘干，再放入炭化炉中以氮气的保护下以10℃/min的升温速度升温至650℃温度下恒温60min后，用温度为80℃的热蒸馏水清洗到中性，然后在120℃下烘干，并且过粉碎筛子100目。按照国家标（GB12946.1-22-1990）测试，主要指标-碘吸附值为1000mg/g,本实施例生产的活性炭产品碘的吸附值为1200mg/g，是国家一级产品的1.2倍。

Claims (1)

1.一种喜旱莲子草活性炭的制备方法，其特征在于该方法是：依次通过喜旱莲子草植物的物料准备、粉碎、浸泡、炭活化、水洗干燥步骤制备其活性炭，具体步骤如下：
a）、物料准备
在喜旱莲子草植株成熟的季节，收割喜旱莲子草，将其洗净并自然风干2～3天后，置于烘箱中烘干至水分含量小于15%； 
b）、粉碎
将烘干后的喜旱莲子草切为2～3cm碎段；
c）、浸泡
将得到的喜旱莲子草碎段置于容器中，用磷酸或氢氧化钠溶液浸泡，浸泡时间为10～14小时；其中：磷酸或氢氧化钠与喜旱莲子草的质量比为4:1～6:1；磷酸溶液的浓度为80%；氢氧化钠溶液浓度为2%；
d）、炭活化
将浸泡后的喜旱莲子草在100～120℃下的干燥箱中烘干之后放入炭化炉中，以10℃/min的升温速度升温至500-700℃温度下进行炭活化，炭活化时通入氮气进行保护；活化时间控制在30～90min； 
e）、水洗干燥
将炭活化后的喜旱莲子草粉末用80～86℃的蒸馏水清洗至pH值为6.5～7.5后，置于烘箱中，在100～120℃下烘干至恒重，并将其粉碎，过50～100目筛，即得喜旱莲子草活性炭。
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