CN103121682B - 一种用烟梗制备高比表面积活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用烟梗制备高比表面积活性炭的方法，该方法是将烟梗粉碎成颗粒后和活化剂按质量比1:8~2:1混合，将所得混合物加入水中并搅拌均匀后浸渍10~14h；浸渍完成后过滤，将滤渣经干燥后置于氮气保护的电炉中，在450~750℃下，碳化1~2h；碳化完成后，在氮气环境中冷却，得到的炉渣经洗涤干燥后，即得；该方法利用烟草工业废物、通过简单快速制备高品质活性碳，该方法变废为宝，充分利用资源、避免环境污染、经济效益好，有益于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用烟梗制备高比表面积活性炭的方法，属于新型生物质能源利用领域。
背景技术
生物质能源居于世界能源消费总量第四位，正成为21世纪主要能源之一，而作为能源的生物质主要是指农业、林业及其它废弃物，如各种农作物秸秆、糖类作物、淀粉作物和油料作物，林业及木材加工废弃物、城市和工业有机废弃物、以及动物粪便等的一次加工生产的燃料（例如，颗粒）或者二次加工产生的能源（例如，沼气，微藻油）。
烟草是我国目前重要经济作物之一，烟梗即是烟叶之粗硬叶脉，约占叶重25%～30%，是烟草工业的副产物。在每年摘收烟叶、完成烟叶收购任务之后，大量烟梗或丢弃于田间地头，或被晒干焚烧，形成农业固体废弃物，不仅破坏了生态环境，而且浪费了资源。烟梗主要成分为纤维素、木素、总糖，果胶等，这些都是含有大量C、H、O、S、N等元素的物质，所以在烟梗燃烧时有CO、CO2、SO2、NO2等污染物的排放，严重的威胁到了大气环境质量，所以烟梗废弃物并不适宜来直接燃烧来处理，也不适宜像秸秆那样还田做肥料。由于我国每个烟厂或烟叶复烤厂都有大量烟梗堆放，不仅占用大量仓储空间，也造成了资源的闲置。所以如何处置废弃烟梗这已经成为了烟草企业迫切需要解决的难题。
活性炭是具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和优良的吸附性能的含碳物质。被广泛应用于完成过滤、吸附、分离、脱色等工艺过程，及人们的生活息息相关的各个方面。随着国民经济的迅速发展，人民对健康生活的标准要求越来越高，人民的环保意识逐渐增强，活性炭的需求量以较快的速度增长。但由于以传统木质资源为原料制备活性炭的资源的日益减少，开发新兴的活性炭制备原料越来越受到重视。烟梗作为生物质原料，原料来源易得，且烟梗中灰分含量仅占1.5%以下，是制备活性炭的理想炭前躯体原料，也是作为新兴的生物质能源利用的一大途径。更为重要的是解决了广大卷烟厂堆积的烟梗废弃物，使之变废为宝，清洁能源，彻底杜绝了每年因焚烧废弃烟梗所造成的环境污染，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
发明内容
本发明针对现有技术中烟草工业的副产物烟梗的处理造成资源的浪费和环境的污染，目的在于提供一种利用烟草工业废物简单快速制备高品质活性碳的方法，该方法变废为宝，充分利用资源、避免环境污染、经济效益好，有益于工业化生产。
本发明公开了一种用烟梗制备高比表面积活性炭的方法，该方法是将烟梗粉碎成颗粒后和活化剂按质量比1:8~2:1混合，将所得混合物加入水中并搅拌均匀后浸渍10~14h；浸渍完成后过滤，将滤渣经干燥后置于氮气保护的电炉中，在450~750℃下，碳化1~2h；碳化完成后，在氮气环境中冷却，得到的炉渣经洗涤、干燥后，即得；所述的活化剂为ZnCl2、KOH或K2CO3中一种或几种。
所述的洗涤是用去离子水洗涤至中性。
所述的烟梗粉碎后取140~170目的颗粒。
所述的干燥是在100~110℃下真空干燥1~3h。
所述的氮气保护，氮气的流速为0.8~1.1L/min。
上述方法中电炉的升温速率为10~20℃/min。
本发明方法的具体步骤如下：
（1）将烟梗高速离心破碎机粉碎，形成140~170目的烟梗固体颗粒；
（2）破碎后的原料固体颗粒与活化剂按重量比1:8~2:1的比例混合后，加入去离子水搅拌均匀，浸渍10~14h；
（3）将浸渍后的固体颗粒过滤后在100~110℃下真空干燥1~3h后，在流量为0.8~1.1L/min氮气保护下用管式电炉以10~20℃/min的程序升温速率加热至450~750℃，并在设定温度下保持1~2h后，继续通氮气冷却后取出；
（4）采用去离子水对冷却后的活性炭漂洗，使pH值达到中性；
（5）将漂洗后炭样过滤，在100~110℃下真空干燥箱烘干1~3h；
（6）烘干后的炭样经研磨制得活性炭粉，送至车间加工。
本发明的有益效果：
（1）本发明制备的活性碳品质高，活性炭产品的比表面积可达1664sq·m/g，微孔和中孔发达，占总孔孔容的76~92%；
（2）产品原料为废物利用，原料来源广、廉价，极大的降低了活性炭产品的原料成本，同时避免了环境污染，有利于工业化生产；
（3）本发明方法简单、易于操控；
（4）本发明的炭化过程在适宜的炭化条件和活化剂作用下使整个炭化反应快，节约了工艺时间和能量。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明。
实施例1：
烟梗废弃物经粉碎后取150目的颗粒，将颗粒和KOH按重量比2:1的比例混合后加水浸渍14h，充分搅拌后过滤，在100℃下真空干燥3h，再将干燥后的混合物在氮气保护下用管式电炉程序升温以12℃/min的升温速率加热到600℃，保持1.5h，再通过冷却、洗涤至pH=7后在100℃下真空干燥3h、研磨后得到活性炭产品。
经测试产品活性炭主要指标比表面积为852sq·m/g，微孔和中孔所占总孔孔容的76%。
实施例2
烟梗废弃物经粉碎后取150目左右的颗粒，将颗粒和KOH按质量比1:4的比例混合后加水充分搅拌，浸渍12h后过滤，在105℃下真空干燥，再将干燥后的混合物在氮气保护下用管式电炉程序升温以15℃/min的升温速率加热到480℃，保持1.5h，再通过冷却、洗涤至pH=7后在100℃下真空干燥3h、研磨后得到活性炭产品。经测试产品活性炭主要指标比表面积为1208sq·m/g，且微孔和中孔占总孔孔容的82%。
实施例3
粉碎后的烟梗取150目左右颗粒和K2CO3按质量比1:1的比例混合后加水充分搅拌，浸渍12h后过滤，在105℃下真空干燥，再将干燥后的混合物在氮气保护下用管式电炉程序升温以10℃/min的升温速率加热到500℃，保持1.5h，再通过冷却、洗涤至pH=7后在105℃下真空干燥3h、研磨后得到活性炭产品。经测试产品活性炭主要指标比表面积为1150sq·m/g，且微孔和中孔占总孔孔容的88%。
实施例4
粉碎后的烟梗取150目左右颗粒和K2CO3按质量比1:8的比例混合后加水充分搅拌，浸渍12h后过滤，在105℃下真空干燥，再将干燥后的混合物在氮气保护下用管式电炉程序升温以15℃/min的升温速率加热到650℃，保持1.5h，再通过冷却、洗涤至pH=7后在105℃下真空干燥3h、研磨后得到活性炭产品。经测试产品活性炭主要指标比表面积为1326sq·m/g，微孔和中孔所占总孔孔容的89%。
实施例5
粉碎后的烟梗取150目左右颗粒和ZnCl2按质量比2:1的比例混合后加水充分搅拌，浸渍14h后过滤，在105℃下真空干燥，再将干燥后的混合物在氮气保护下用管式电炉程序升温以10℃/min的升温速率加热到620℃，并保持1.5h，再通过冷却、洗涤至pH=7后在105℃下真空干燥3h、研磨后得到活性炭产品。经测试产品活性炭主要指标比表面积为1330sq·m/g，微孔和中孔所占总孔孔容的85%。
实施例6
粉碎后的烟梗取150目左右颗粒和ZnCl2按质量比1:2的比例混合后加水充分搅拌，浸渍12h后过滤，在105℃下真空干燥，再将干燥后的混合物在氮气保护下用管式电炉程序升温以20℃/min的升温速率加热到750℃，并保持1.5h，再通过冷却、洗涤至pH=7后在105℃下真空干燥3h、研磨后得到活性炭产品。经测试产品活性炭主要指标比表面积为1664sq·m/g，微孔和中孔所占总孔孔容的92%。
实施例7
粉碎后的烟梗取150目左右颗粒和KOH和K2CO3的混合活化剂按质量比1:2的比例混合后加水充分搅拌，浸渍12h后过滤，在105℃下真空干燥，再将干燥后的混合物在氮气保护下用管式电炉程序升温以20℃/min的升温速率加热到580℃，并保持1.5h，再通过冷却、洗涤至pH=7后在105℃下真空干燥3h、研磨后得到活性炭产品。经测试产品活性炭主要指标比表面积为1512sq·m/g，微孔和中孔所占总孔孔容的90%。
Claims (3)
1.一种用烟梗制备高比表面积活性炭的方法，其特征在于，将烟梗粉碎成颗粒后和活化剂按质量比1:8～2:1混合，将所得混合物加入水中并搅拌均匀后浸渍10～14h；浸渍完成后过滤，将滤渣经干燥后置于氮气保护的电炉中，在450～750℃下，碳化1～2h；碳化完成后，在氮气环境中冷却，得到的炉渣经洗涤、干燥后，即得；所述的活化剂为ZnCl2、KOH或K2CO3中一种或几种；所述的干燥是在100～110℃下真空干燥1～3h；电炉的升温速率为10～20℃/min；所述的烟梗粉碎后取140～170目的颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的洗涤是用去离子水洗涤至中性。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氮气保护，氮气的流速为0.8～1.1L/min。
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