CN103265030B

CN103265030B - 一种茶壳活性炭的制备方法

Info

Publication number: CN103265030B
Application number: CN201310213860.9A
Authority: CN
Inventors: 管天球
Original assignee: 管天球
Current assignee: Beijing long run environmental protection technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-06-01
Filing date: 2013-06-01
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-06-01
Also published as: CN103265030A

Abstract

本发明公开的一种茶壳活性炭的制备方法，涉及化工材料生产技术领域，是由下列重量份的原料制备而成：茶壳40-70、玉米秸秆 10-20、谷壳10-20、粘土5-10、煤焦油5-10；其制备过程包括：A、备料；B、原料预处理：a、茶壳处理一；b、茶壳处理二；c、谷壳处理；d、玉米秸秆处理；C、混合；D、初次炭化；E、浸泡；F、二次炭化；G、中和；H、烘干；既可用于制备以茶壳为主要原料的活性炭，也可用于制备以椰壳或其它果壳为主要原料的活性炭；其产品具有比表面积大、孔系发达、吸附力强等特点，可用于食品、饮料、生活用水与工业用水的过滤。

Description

一种茶壳活性炭的制备方法

技术领域

本发明涉及化工材料生产技术领域，特别是一种茶壳活性炭的制备方法。

技术背景

活性炭在催化、吸附、新能源等领域具有广阔的应用前景，它具有比表面积大、导电和导热性佳，化学稳定性好等特点。目前国内制备活性炭大都采用木材、优质煤等为原料，生产成本较高。近年来，出现了利用各种工农业废弃物，如椰壳、杏仁壳、谷壳、核桃壳等制备活性炭的报道。

油茶是我国特有的木本油料，茶壳是油茶籽生产加工后的料渣，在广大农村，茶壳经常被用于燃烧以取暖或熏制肉类等，既造成资源的浪费，又损失了其经济价值，也污染了空气。

中国专利（申请号为201110314791.1）“化学活化法制备颗粒活性炭的方法”，以油茶壳为原料，采用的磷酸活化法，将油茶壳与磷酸溶液混合均匀后在60-90℃下浸渍使油茶壳充分润胀水解糖化反应充分后，然后干燥固化，再活化，洗涤干燥得到成品不定型颗粒活性炭; 成品的性能好，碘吸附值≥900mg/g，亚甲基蓝吸附值≥187mg/g，颗粒炭强度＞85%，该种活性炭可以广泛用于液相脱色、气相污染物回收等领域。又如中国专利（申请号为201010181026.2）“油茶果壳制汽油蒸气回收用颗粒活性炭的方法”，是以油茶果壳为原料,用磷酸作活化剂制备回收汽油蒸气用颗粒活性炭的方法; 油茶果壳经干燥、粉碎、筛选制得一定细度的油茶壳粉,将油茶壳粉与60～85%的磷酸溶液按1∶2～3的比例混合,并浸渍一定时间后置于恒温烘箱中在90～100℃下进行塑化处理,从而产生具有粘结性的焦油,将塑化料放入螺杆挤出成型机中被制成直径2～3mm,长5～10mm的柱状颗粒,将柱状颗粒料在110～120℃的温度下进行烘干硬化,然后置于活化设备中在450～550℃温度下进行活化而被制得活化料,用适量的水洗涤活化料以回收磷酸,再用水漂洗多次,直至漂洗液的PH值为5～7,最后,经烘干、检测制得回收汽油蒸气用颗粒活性炭。

技术内容

本发明的目的在于提供一种以茶壳为主要原料制备活性炭的方法，其产品具有比表面积大、孔系发达、吸附力强等特点。

为实现其目的，本发明所采取的技术方案是发明一种茶壳活性炭的制备方法，是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 40-70 玉米秸秆 10-20 谷壳 10-20

粘土 5-10 煤焦油 5-10；

其制备过程如下：

A、备料：按上述比例取茶壳、玉米秸秆、谷壳、煤焦油、粘土，分别备用；

B、原料预处理：

a、茶壳处理一：将备用的茶壳粉碎至60-120目的茶壳颗粒，加入占茶壳颗粒总重量10-15%的清水，均匀混合，再加入占茶壳颗粒总重量0.15-1.2%的酶，均匀混合后放入密闭容器中，控制密闭容器中的温度为28-47℃，酶解10-28小时后，收集酶解后的茶壳颗粒，成为酶解茶壳颗粒，备用；所述的酶为水解酶、纤维素酶、果胶酶、糖化酶中的一种或多种混合物，当组分超过二种时，各组分之间的配比为等份或其它比例；

b、茶壳处理二：将备用的酶解茶壳颗粒用清水洗涤4-6次，用离心机脱水，放入干燥箱中，在60-100℃下烘干至水分≤3.0%，收集烘干后的茶壳，备用；

c、谷壳处理：将备用的谷壳粉碎至60-120目颗粒，加入占谷壳重量1-10%、体积浓度为10-25%的稀酸溶液中，浸泡4-12小时后，用离心机脱水，再放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤3.0%，控制Ph值为5.5-6.5，收集烘干后的谷壳粉，备用；所述的稀酸是盐酸、醋酸、硫酸中的一种或多种，当超过二种酸时，各种酸之间的配比为等份或其它比例；

d、玉米秸秆处理：将备用的玉米秸秆用清水洗涤2-4次，然后，放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤3.0%，再粉碎至60-120目，收集粉粹后的玉米秸秆粉，备用；

C、混合：将上述备用的茶壳粉、谷壳粉、玉米秸秆粉、煤焦油和粘土，投入混合器中进行混合均匀，得混合物料，备用；

D、初次炭化：将备用的混合物料置于碳化炉中，按照10-24℃/min的升温速度加热至480-640℃，炭化70-150min，待其冷却至室温，收集炭化后的初炭，备用；

E、浸泡：将备用的初炭按1:5-8的重量比例投入浸泡溶液中，浸泡8-20小时，用离心机脱水，收集浸泡后的初炭，备用；

所用的浸泡溶液是KH₂PO₄、H₂O₂、KOH、H₃PO₄中的一种或多种水溶液，其重量百分比浓度为30-50%，当组分超过二种时，各组分之间的配比为等份或其它比例；

F、二次炭化：将浸泡后的初炭置于碳化炉中，按照20-30℃/min的升温速度加热至600-850℃，保温30-80min，待其冷却至室温，成为次炭，备用；

G、中和：将备用的次炭用稀酸中和，控制Ph值为6.0-7.0，并用纯净水洗涤，成为中和炭，备用；所述的稀酸是盐酸、醋酸、硫酸中的一种或多种，当超过二种酸时，各种酸之间的配比为等份或其它比例；

H、烘干：将备用的中和炭放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤4.0%，即得茶壳活性炭。

其优化的原料配比方案一是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 40 玉米秸秆 20 谷壳 20

粘土 10 煤焦油 10。

其优化的原料配比方案二是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 70 玉米秸秆 10 谷壳 10

粘土 5 煤焦油 5。

其优化的原料配比方案三是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 60 玉米秸秆 12 谷壳 12

粘土 8 煤焦油 8。

本发明的茶壳活性炭的制备方法，采用茶壳作为主要原料，并以玉米秸秆、谷壳、煤焦油和粘土作为辅助原料，采用对原料进行酶解、酸化预处理，并采用了两次炭化处理和其间的浸泡处理（即：活化处理），因而，所制得的茶壳活性炭产品，其比表面积较大，孔系发达，吸附力强。下表是应用本发明方法制备的茶壳活性炭成品的检测数据：

（上表指标检测采用的国家木质活性炭检测标准为GB/T12496-1999）

从上表可以看出，应用本发明方法制备的茶壳活性炭，其成品的检测指标大都优于国家标准值。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步的说明。下面的说明是以例举的方式，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例一：

A、备料：按重量份分别取茶壳40份、玉米秸秆20份、谷壳20份、粘土10份、煤焦油10份，分别备用；

B、原料预处理：

a、茶壳处理一：将备用的茶壳粉碎至100目的茶壳颗粒，加入占茶壳颗粒总重量10%的清水，均匀混合，再加入占茶壳颗粒总重量0.42%的纤维素酶，均匀混合后放入密闭容器中，控制密闭容器中的温度为36℃，酶解12小时后（将木质素中的多缩戊糖等大分子进行分解），收集酶解后的茶壳颗粒，成为酶解茶壳颗粒，备用；

b、茶壳处理二：将备用的酶解茶壳颗粒用清水洗涤3次，用离心机脱水，放入干燥箱中，在80℃下烘干至水分含量为2.5%，收集烘干后的茶壳粉，备用；

c、谷壳处理：将备用的谷壳粉碎至120目颗粒，加入占谷壳重量 3.0%、体积浓度为15%的稀盐酸溶液中，浸泡12小时后（让稀盐酸与谷壳中的有机质发生反应，达到多孔的效果），用离心机脱水，再放入烘箱中，在75℃下烘干至水分含量低于3.0%，控制Ph值为5.5（在干燥过程中，随着酸的挥发，PH值慢慢升高，需随时用Ph计检测干燥物，过高或过低时，采用常用的酸或碱调节），收集烘干后的谷壳粉，备用；

d、玉米秸秆处理：将备用的玉米秸秆用清水洗涤3次，然后，放入烘箱中，在100℃下烘干至水分含量为2.8%，再粉碎至80目，收集粉粹后的玉米秸秆粉，备用；

D、初次炭化：将备用的混合物料置于碳化炉（本例选用SH2007 型内热式直立炭化炉，也可选用其它型号的炭化炉）中，按照16℃/min的升温速度加热至640℃，炭化90min，待其冷却至室温，收集炭化后的初炭，备用；

E、浸泡：将备用的初炭按1:6的重量比例投入浸泡溶液（该浸泡溶液是重量百分比浓度为45%的 KH₂PO₄水溶液）中，浸泡20小时（进行活化处理），然后，用离心机脱水，收集浸泡后的初炭，备用；

F、二次炭化：将浸泡后的初炭置于碳化炉（本例采用马福炉，其型号为KSF1700 ，也可选用其它型号的炭化炉）中，按照24℃/min的升温速度加热至780℃，保温40min，待其冷却至室温，成为次炭，备用；

G、中和：将备用的次炭用盐酸与醋酸的混合酸（体积浓度为2.0%）中和，控制Ph值为6.0，并用纯净水洗涤，成为中和炭，备用；

H、烘干：将备用的中和炭放入烘箱中，在80℃下烘干至水分≤4.0%，即得茶壳活性炭成品。

下表是本实施例的茶壳活性炭成品的检测数据：

检测项目	检测指标
		性状	黑色不定型颗粒、无臭无味、不溶于一般溶剂
粒度	4.0%通过80目网
		比表面积	945 m²/g
水分	3.0%
		耐磨强度	94.5%
空隙容积	1.2cm³/g
		水溶性灰分	1.4%
碘值	545mg/g
		亚甲基蓝	>1200

实施例二：

A、备料：按重量份分别取茶壳70份、玉米秸秆10份、谷壳10份、粘土5份、煤焦油5份，分别备用；

B、原料预处理：

a、茶壳处理一：将备用的茶壳粉碎至60-120目的茶壳颗粒，加入占茶壳颗粒总重量12%的清水，均匀混合，再加入占茶壳颗粒总重量0. 5%、由纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶混合而成的酶（此三种酶的重量配比为等份），均匀混合后放入密闭容器中，控制密闭容器中的温度为42℃，酶解12小时后，收集酶解后的茶壳颗粒，成为酶解茶壳颗粒，备用；

b、茶壳处理二：将备用的酶解茶壳颗粒用清水洗涤5次，用离心机脱水，放入干燥箱中，在82℃下烘干至水分≤3.0%，收集烘干后的茶壳粉，备用；

c、谷壳处理：将备用的谷壳粉碎至80目颗粒，加入占谷壳重量2.5%、体积浓度为12.5%、由盐酸、醋酸、硫酸混合而成的稀酸溶液中（此三种酸的重量配比为等份），浸泡9小时后，用离心机脱水，再放入烘箱中，在82℃下烘干至水分≤3.0%，控制Ph值为6.0，收集烘干后的谷壳粉，备用；

d、玉米秸秆处理：将备用的玉米秸秆用清水洗涤3次，然后，放入烘箱中，在78℃下烘干至水分≤3.0%，再粉碎至100目，收集粉粹后的玉米秸秆粉，备用；

D、初次炭化：将备用的混合物料置于碳化炉（本例选用SH2007 型内热式直立炭化炉，也可选用其它型号的炭化炉）中，按照18℃/min的升温速度加热至640℃，炭化100min，待其冷却至室温，收集炭化后的初炭，备用；

E、浸泡：将备用的初炭按1:6.5的重量比例投入浸泡溶液中，浸泡14小时，用离心机脱水，收集浸泡后的初炭，备用；

所用的浸泡溶液是KH₂PO₄、H₂O₂、KOH、H₃PO₄的混合水溶液，其重量百分比浓度为40%，各组分的重量配比为等份；

F、二次炭化：将浸泡后的初炭置于碳化炉（本例采用马福炉，其型号为KSF1700，也可选用其它型号的炭化炉）中，按照30℃/min的升温速度加热至786℃，保温50min，待其冷却至室温，成为次炭，备用；

G、中和：将备用的次炭用体积浓度为0.5%的稀盐酸中和，控制Ph值为6.5，并用纯净水洗涤，成为中和炭，备用；

H、烘干：将备用的中和炭放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤4.0%，即得茶壳活性炭成品。

下表是本实施例的茶壳活性炭成品的检测数据：

检测项目	检测指标
		性状	黑色不定型颗粒、无臭无味、不溶于一般溶剂
粒度	2.5%通过80目网
		比表面积	968 m²/g
水分	2.2%
		耐磨强度	97.1%
空隙容积	1.6cm³/g
		水溶性灰分	1.8%
碘值	586mg/g
		亚甲基蓝	>1200

实施例三：

A、备料：按重量份分别取茶壳60份、玉米秸秆12份、谷壳12份、粘土8份、煤焦油8份，分别备用；

B、原料预处理：

a、茶壳处理一：将备用的茶壳粉碎至60-120目的茶壳颗粒，加入占茶壳颗粒总重量15%的清水，均匀混合，再加入占茶壳颗粒总重量1.0%、由纤维素酶和半纤维素酶混合而成的酶（此两种酶的重量配比为等额），均匀混合后放入密闭容器中，控制密闭容器中的温度为35℃，酶解10小时后，收集酶解后的茶壳颗粒，成为酶解茶壳颗粒，备用；

b、茶壳处理二：将备用的酶解茶壳颗粒用清水洗涤4次，用离心机脱水，放入干燥箱中，在85℃下烘干至水分≤3.0%，收集烘干后的茶壳粉，备用；

c、谷壳处理：将备用的谷壳粉碎至100目颗粒，加入占谷壳重量3.2%、体积浓度为10%、由盐酸和硫酸混合而成的稀酸溶液中（此两种酸的重量配比为等份），浸泡10小时后，用离心机脱水，再放入烘箱中，在85℃下烘干至水分≤3.0%，控制Ph值为6.5，收集烘干后的谷壳粉，备用；

d、玉米秸秆处理：将备用的玉米秸秆用清水洗涤4次，然后，放入烘箱中，在80℃下烘干至水分≤3.0%，再粉碎至100目，收集粉粹后的玉米秸秆粉，备用；

D、初次炭化：将备用的混合物料置于碳化炉（本例选用SH2007 型内热式直立炭化炉，也可选用其它型号的炭化炉）中，按照20℃/min的升温速度加热至620℃，炭化70min，待其冷却至室温，收集炭化后的初炭，备用；

E、浸泡：将备用的初炭按1:8的重量比例投入浸泡溶液中，浸泡8小时，用离心机脱水，收集浸泡后的初炭，备用；

所用的浸泡溶液是KH₂PO₄、H₂O₂、KOH的水溶液，其重量百分比浓度为50%，各组分的重量配比为等额；

F、二次炭化：将浸泡后的初炭置于碳化炉（本例采用马福炉，其型号为KSF1700，也可选用其它型号的炭化炉）中，按照30℃/min的升温速度加热至850℃，保温45min，待其冷却至室温，成为次炭，备用；

G、中和：将备用的次炭用体积浓度为35%的醋酸中和，控制Ph值为7.0，并用纯净水洗涤，成为中和炭，备用；

下表是本实施例的茶壳活性炭成品的检测数据：

检测项目	检测标准
		性状	黑色不定型颗粒、无臭无味、不溶于一般溶剂
粒度	1.5%通过80目网
		比表面积	1050 m²/g
水分	2.0%
		耐磨强度	98.0%
空隙容积	1.6cm³/g
		水溶性灰分	1.0%
碘值	600mg/g
		亚甲基蓝	>1200

本发明的茶壳活性炭的制备方法，既可用于制备以茶壳为主要原料的活性炭，也可用于制备以椰壳或其它果壳为主要原料的活性炭；所制备的茶壳活性炭可用于食品、饮料、生活用水与工业用水的过滤。

Claims

1.一种茶壳活性炭的制备方法，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 40-70 玉米秸秆 10-20 谷壳 10-20

粘土 5-10 煤焦油 5-10；

其制备过程如下：

B、原料预处理：

a、茶壳处理一：将备用的茶壳粉碎至60-120目的茶壳颗粒，加入占茶壳颗粒总重量10-15％的清水，均匀混合，再加入占茶壳颗粒总重量0.15-1.2％的酶，均匀混合后放入密闭容器中，控制密闭容器中的温度为35-42℃，酶解10-12小时后，收集酶解后的茶壳颗粒，成为酶解茶壳颗粒，备用；所述的酶为水解酶、纤维素酶、果胶酶、糖化酶中的一种或多种混合物，当组分超过二种时，各组分之间的配比为等份或其它比例；

b、茶壳处理二：将备用的酶解茶壳颗粒用清水洗涤4-6次，用离心机脱水，放入干燥箱中，在60-100℃下烘干至水分≤3.0％，收集烘干后的茶壳，备用；

c、谷壳处理：将备用的谷壳粉碎至60-120目颗粒，加入占谷壳重量1-10％、体积浓度为10-25％的稀酸溶液中，浸泡4-12小时后，用离心机脱水，再放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤3.0％，控制Ph值为5.5-6.5，收集烘干后的谷壳粉，备用；所述的稀酸是盐酸、醋酸、硫酸中的一种或多种，当超过二种酸时，各种酸之间的配比为等份或其它比例；

d、玉米秸秆处理：将备用的玉米秸秆用清水洗涤2-4次，然后，放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤3.0％，再粉碎至60-120目，收集粉粹后的玉米秸秆粉，备用；

D、初次炭化：将备用的混合物料置于碳化炉中，按照10-24℃/min的升温速度加热至620℃，炭化70min，待其冷却至室温，收集炭化后的初炭，备用；

所用的浸泡溶液是KH₂PO₄、H₂O₂、KOH中的一种或多种水溶液，其重量百分比浓度为30-50％，当组分超过二种时，各组分之间的配比为等份或其它比例；

F、二次炭化：将浸泡后的初炭置于碳化炉中，按照20-30℃/min的升温速度加热至780-850℃，保温40-50min，待其冷却至室温，成为次炭，备用；

H、烘干：将备用的中和炭放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤4.0％，即得茶壳活性炭。

2.根据权利要求1茶壳活性炭的制备方法，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 40 玉米秸秆 20 谷壳 20

粘土 10 煤焦油 10。

3.根据权利要求1茶壳活性炭的制备方法，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 70 玉米秸秆 10 谷壳 10

粘土 5 煤焦油 5。

4.根据权利要求1茶壳活性炭的制备方法，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

茶壳 60 玉米秸秆 12 谷壳 12

粘土 8 煤焦油 8。