CN102583369A - 用龙眼核制备粉末活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用龙眼核制备粉末活性炭的方法，以龙眼核为原料，采用某种活化剂，可制备一种富微孔发达活性炭。先对龙眼核进行风干、破碎、然后加某活化剂浸渍、抽滤、炭化-活化，最后经回收、漂洗、烘干等，制得活性炭成品。该成品活性炭质地均匀、微孔孔隙发达、成品活性炭质地均匀、微孔孔隙发达，其比表面积(SBET)为1912m2·g-1，微孔比表面积为1863m2·g-1，总孔容(P/P0＝0.95)为1.00cm3·g-1，微孔体积为0.87cm3·g-1，产率36％，灰分0.24％，碘值1368mg/g，亚甲基蓝吸附值17.1mL/0.1g。本发明所采用的龙眼核是目前尚未有效利用的一种农作物废料，来源充足，有效利用其制备环保型活性炭，不仅有助于解决焚烧或丢弃时带来的环境污染问题，而且大大降低了活性炭的制造成本，可期工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备活性炭的方法，特别涉及一种用龙眼核制备粉末活性炭的方法。
背景技术
活性炭(Activated carbon，简称AC)是一种利用生物有机质制备的具有发达孔隙结构和大比表面积的多孔炭素材料。作为一种性能优良的吸附剂和催化剂载体，活性炭材料具有化学性质稳定、机械强度高、耐酸、耐碱、耐热、不溶于水和有机溶剂且可便于再生利用等优点，广泛应用于食品加工、冶金、医药、化工、国防、环保及能源等领域。随着社会的日益发展，活性炭的需求量也逐年增长。活性炭的物化性能与其孔隙结构紧密相联。通常认为，活性炭的孔隙主要由微孔(d＜2nm)，中孔(2nm≤d≤50nm)和大孔(d＞50nm)组成。不同孔隙分布与制备方法及其制备工艺、制备原料(前躯体)等密切相关。制备活性炭方法有化学活化、物理活化和物理化学活化法，而制备工艺则包含着活化剂种类、活化温度、活化时间等因素。制备原料(前躯体)有煤、焦炭、石油焦、木材以及各种农业副产物等。其中，由于农业副产物量大、价廉、易得、制炭率高，且利于节约资源与环保，因此，常常是制备活性炭的重要原料。专利和文献查阅表明，诸多农业副产物，如玉米芯、花生壳、稻壳、棉秆、黄麻秆、玉米秸秆、甘蔗渣、黄姜素生产纤维渣、油棕壳、榛子壳、椰壳、山核桃壳与扁桃壳等制备活性炭均有着研究，然而，以农业副产物——龙眼果核作原料来制备活性炭的研究尚未有报道。
龙眼(Dimocarpus Longan Lour)俗称“桂圆”，为无患子科(Euphoraceae)植物龙眼的果实，是我国著名的亚热带水果，已有2000多年的栽培历史。现我国福建、广东、广西及台湾等省是龙眼主产区，海南、云南、四川和贵州等省也有栽培。其中，广东茂名又是我国最大的龙眼生产基地。此外，世界上栽培龙眼的国家(地区)还有泰国、老挝、缅甸、斯里兰卡、印度、菲律宾、马来西亚、印度尼西亚、马达加斯加、澳大利亚的昆士兰州、美国的夏威夷州和佛罗里达州等。
全球龙眼总栽培面积达68万公顷，产量约230万吨。中国作为世界龙眼生产大国，栽培面积超过46.7hm2，龙眼肉产量超过100万吨/年，栽培面积和产量均居世界首位。目前，龙眼主要以直接食用其果肉为主，而其14％～22％的果壳(我国年产45～70万吨)和17％～23％的果核(我国年产55～75万吨)尚未被有效利用。事实上，龙眼壳含有丰富的纤维素与木质素，且来源充足，是制备活性炭的优质原料。龙眼核的主要成分是淀粉、还原糖、粗纤维、以及少量抗氧化活性物质、多酚和矿物质等其他物质，灰分质量分数低于2％，是制备粉末状活性炭的优质原料。
农业废弃物制备活性炭的产率大约为25％-35％，则55～75万吨/年的龙眼核可以制备18～23万吨/年的活性炭，该产量是几十倍于我国目前大多数活性炭厂的年产量。因此，以来源充足的龙眼核为原料制备活性炭，将不仅有利于保护森林资源，节约资源，避免资源浪费，减小环境污染，而且可进一步拓宽农民增收渠道而产生良好的经济价值与社会效益，可期用于活性炭的工业化生产。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种用龙眼核制备粉末活性炭的方法，该方法不仅有助于节约资源，减小环境污染，有效地实现了对农作物废料——龙眼核的有效利用，从而拓宽了农民增收渠道，降低了活性炭的制备成本。
本发明是这样实现的，包括下面几个步骤：
A)以市售鲜龙眼除果肉和果壳所得果核为原料，自然风干或烘干后、粉碎至粒径为0.1-1mm大小的颗粒；
B)按龙眼核和质量分数30～85％磷酸质量比为1∶(0.5～1.5)进行搅拌浸渍3～6h；
C)将上述浸渍后的龙眼核移至管式加热炉中，氮气保护下，以升温速率为10℃/min加热至300～900℃范围内碳化活化2～6h，随后自然冷却；
D)将冷却物用热水进行漂洗至滤液为中性、烘干后，获得活性炭成品。
按上述方法制备的成品粉末活性炭的特征是：
A)成品活性炭质地均匀、微孔孔隙发达，其比表面积(SBET)为1912m2·g-1，微孔比表面积为1863m2·g-1，总孔容(P/P0＝0.95)为1.00cm3·g-1，微孔体积为0.87cm3·g-1，产率36％，灰分0.24％，碘值1368mg/g，亚甲基蓝吸附值17.1mL/0.1g。
B)由于原料龙眼核来源充足，该活性炭的制备工艺可用于工业化生产。
本发明的技术效果是：用该方法可制备比表面积大的粉末活性炭，龙眼核原料是目前尚未有效利用的一种农作物废料，来源充足，利用其制备活性炭，不仅有助于保护资源和减少环境污染，而且为探讨新的活性炭制备原料和工艺提供了又一典范，并有效地降低了活性炭的生产成本，可期工业化生产。
附图说明
图1为龙眼核的DTG和TG曲线。
图2为实施例4所得龙眼核基活性炭的红外光谱图。
图3为实施例4所得龙眼核基活性炭的N2吸附-脱附等温线图。
图4为实施例4所得龙眼核基活性炭的孔径分布曲线图。
具体实施方式
实施例1
本发明是这样实现的，包括下面几个步骤：
A)以市售鲜龙眼除果肉和果壳所得果核为原料，自然风干或烘干后、粉碎至粒径为0.1mm大小的颗粒；
B)按龙眼核和质量分数30％磷酸质量比为1∶0.5进行搅拌浸渍3h；
C)将上述浸渍后的龙眼核移至管式加热炉中，氮气保护下，以升温速率为10℃/min加热至300℃范围内碳化活化2h，随后自然冷却；
D)将冷却物用热水进行漂洗至滤液为中性、烘干后，获得活性炭成品。
实施例2
本发明是这样实现的，包括下面几个步骤：
A)以市售鲜龙眼除果肉和果壳所得果核为原料，自然风干或烘干后、粉碎至粒径为1mm大小的颗粒；
B)按龙眼核和质量分数85％磷酸质量比为1∶1.5进行搅拌浸渍6h；
C)将上述浸渍后的龙眼核移至管式加热炉中，氮气保护下，以升温速率为10℃/min加热至900℃范围内碳化活化6h，随后自然冷却；
D)将冷却物用热水进行漂洗至滤液为中性、烘干后，获得活性炭成品。
实施例3
本发明是这样实现的，包括下面几个步骤：
A)以市售鲜龙眼除果肉和果壳所得果核为原料，自然风干或烘干后、粉碎至粒径为0.5mm大小的颗粒；
B)按龙眼核和质量分数50％磷酸质量比为1∶1进行搅拌浸渍5h；
C)将上述浸渍后的龙眼核移至管式加热炉中，氮气保护下，以升温速率为10℃/min加热至700℃范围内碳化活化4h，随后自然冷却；
D)将冷却物用热水进行漂洗至滤液为中性、烘干后，获得活性炭成品。
实施案例4
以市售鲜龙眼去除果肉和果壳所得果核为原料，烘干，粉碎，80目过筛，在120℃左右干燥至恒重，按龙眼核和某活化剂质量比为1∶(1.5～4.0)进行混合，然后加水90～120mL搅拌浸渍180～240min，适度润涨后烘干，将所得干燥物移至管式加热炉中，在氮气保护下，升温速率为10℃/min，加热至300～450℃范围内热解60～80min；然后以升温速率为5℃/min加热至600～800℃范围内活化90～110min，随后自然冷却；将冷却物分别用1mol/L的盐酸、热水进行漂洗至滤液为中性、烘干后，粉碎获得粉末活性炭成品。其测试结果特征曲线如图1、2、3、4所示。
实施案例制备的活性炭的特征参数如下a
aSBET，BET specific surface area，Smic，micropcre surface area；Vtot，total pore volume；Vmic，micropore volume；
Claims (2)
1.一种用龙眼核制备粉末活性炭的方法，其特征在于包括下面几个步骤：
A)以市售鲜龙眼除果肉和果壳所得果核为原料，自然风干或烘干后、粉碎至粒径为0.1-1mm大小的颗粒；
B)按龙眼核和质量分数30～85％磷酸质量比为1∶(0.5～1.5)进行搅拌浸渍3～6h；
C)将上述浸渍后的龙眼核移至管式加热炉中，氮气保护下，以升温速率为10℃/min加热至300～900℃范围内碳化活化2～6h，随后自然冷却；
D)将冷却物用热水进行漂洗至滤液为中性、烘干后，获得活性炭成品。
2.根据权利要求1所述的用龙眼核制备粉末活性炭的方法，其特征是获得的成品活性炭质地均匀、微孔孔隙发达，其比表面积(SBET)为1912m2·g-1，微孔比表面积为1863m2·g-1，总孔容(P/P0＝0.95)为1.00cm3·g-1，微孔体积为0.87cm3·g-1，产率36％，灰分0.24％，碘值1368mg/g，亚甲基蓝吸附值17.1mL/0.1g。
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