CN103274404B - 由植物酸解渣制备活性炭吸附材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种由植物酸解渣制备活性炭吸附材料的方法，包含以下步骤：浸渍：直接将湿酸解渣用活化剂浸渍，得浸渍料；活化：在400~600℃活化所述成型料，得活化料；洗涤：先用氢氧化钠溶液再用盐酸溶液洗涤所述活化料，然后水洗，干燥，得到活性炭。有本发明的方法简化了步骤，降低了能耗，而且产品中的灰分含量低，有助于吸附性能的提高。<!--1-->

Description

由植物酸解渣制备活性炭吸附材料的方法

技术领域

本发明涉及无机材料及其制备方法，具体涉及吸附材料及其制备方法。

背景技术

现代工业越来越关注自然资源的可持续利用，人们对从可再生资源中提取工业原料的兴趣越来越高。迄今为止，已经开出了很多成熟的从植物资源中提取有用物质的技术，例如，从植物秸秆或者果壳中提取可燃性物质(例如甲醇、乙醇)、营养物质(例如葡萄糖)、以及其他工业原料(例如造纸用纸浆)。例如，近年来，有一系列技术被开发出来，以从植物秸秆或者果实废弃物(例如果壳、果核、玉米芯)中提取五碳糖、六碳糖、糠醛等重要的工业原料或者营养物质，这些技术已经被大规模工业应用。在这些技术中，需要使用强酸对这些植物材料进行酸解，酸解后留下大量的酸性植物残渣，如何对这些残渣进行无害化处理并尽可能地合理利用是一个较为急迫的问题。

在申请人的在先技术中，用酸酸解玉米芯，用于从玉米芯制备五碳糖和六碳糖。其中通过压滤分离出的酸解渣含有约70～80％左右的水分，干渣的成分大部分是木质素和纤维素，干渣经活化处理后还含有一定量的灰分，灰分中硅占大部分。

在申请人的在先技术中，为了从该酸解渣制备活性炭，通常先将该酸解渣进行除酸、干燥，然后经过改性、活化等一系列操作制备活性炭。该方法不仅费时、耗能，而且消耗了额外的除酸原材料。

发明内容

本发明旨在提出一种新的由植物酸解渣制备活性炭吸附材料的方法，以克服现有技术存在的不足。

本发明的由植物酸解渣制备活性炭吸附材料的方法包含以下步骤：

—浸渍：直接将湿酸解渣用活化剂浸渍，得浸渍料；

—活化：在400～600℃活化所述成型料，得活化料；

—洗涤：先用氢氧化钠溶液再用盐酸溶液洗涤所述活化料，然后水洗，干燥，得到活性炭。在本发明的典型实施例中，植物酸解渣为玉米芯酸解渣。

进一步地，所述活化剂为磷酸，所述洗涤步骤依次包括以下步骤：

—用水淋洗所述活化料，回收磷酸；

—用氢氧化钠溶液处理所述活化料；

—用盐酸溶液处理所述活化料；

—水洗最后产物。

更进一步地，磷酸活化剂的浓度为50～85％之间。活化温度优选在400～600℃之间。优选用2～10％浓度的氢氧化钠溶液煮沸20～40min。

优选地，在碱处理之后，用10～15％浓度的盐酸煮沸活化料20～40min。

本发明的方法采用植物酸解渣直接浸渍法制备活性炭，通过碱洗和酸洗除去其中的灰分，不仅简化了步骤，降低了能耗，而且产品中的灰分含量低，有助于吸附性能的提高。

具体实施方式

下面以玉米芯酸解渣为例阐述本发明的技术构思。容易理解，本发明的实施范围并不限于玉米芯酸解渣，对于其他的植物资源，例如玉米秸秆酸解渣、小麦秸秆酸解渣、果壳酸解渣同样适用。

在本发明中，直接将湿的酸解渣用活化剂进行浸渍改性。发明人发现，采用该方法，可以显著提高浸渍效果。对比试验显示，在相同的浸渍时间内，直接浸渍法得到的玉米芯浸渍渣相对于传统方法具有较好的脱色效果。本发明的方法主要包活浸渍、活化、洗涤步骤。

浸渍

本步骤是用活化剂溶液处理酸解渣，以让活化剂浸入到酸解渣中。本发明中，可以使用的活化剂包括但不限于磷酸、氯化锌、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钾。在本发明的典型实施方式中，使用磷酸作为活化剂。磷酸的浓度优选在50-85％的范围。过低则磷酸的活化性能不足，过高会将酸解渣过渡酸蚀，导致产品脱色效果不好。磷酸的浓度更优选大于等于60％，最优选大于等于70％，采用该浓度，只需浸渍较短的时间即满足需要。在选择磷酸浓度时，优选将酸解渣中的含水量考虑在内，通过物料衡算，使得磷酸的最终浓度在50～65％的范围。

活化

用于活化成型料的操作是在活化炉中进行的。活化温度通常控制在400-600℃之间，其中优选大于等于450，更优选大于等于500℃。活化时间在30-60min之间。在此该步骤中，成型材料中的大部分氧元素和氢元素被变成挥发分脱除，其中的碳保留下来，材料中的硅及金属元素基本上形成灰分。

洗涤

洗涤步骤用于除去活化料中的活化剂。可以分阶段地收集洗涤液，以便从较高浓度的洗涤液中回收活化剂。洗涤通常用水，优选使用热水。在本发明使用磷酸作为活化剂的情况下，优选先用适量水洗涤，得到较高浓度的磷酸洗涤液，该洗涤液用于回收磷酸。再用氢氧化钠溶液处理一段时间，例如，浸泡20～200分钟。优选的方式是煮沸适宜的时间，例如20～60min。该处理旨在析出活性炭中的硅，使其转化成偏硅酸钠而溶出。对于玉米芯酸解渣中而言，其中含有可观量的硅，其留在终产品中会降低活性炭的吸附性能。氢氧化钠的浓度适宜为2-10％之间，优选为5～8％。过高浓度的氢氧化钠固然对析出硅有利，但是会加重碱去除的负担。在经氢氧化钠溶液浸泡后，通过压滤或者离心回收氢氧化钠溶液。当使用离心分离时，优选使用5～8％的氢氧化钠溶液，或者更高。在不具备离心条件时优选使用2～4％的氢氧化钠溶液，浸泡后通过压滤来分离。接下来，用盐酸溶液洗涤处理活性炭一段时间，如，浸泡20～200分钟。优选的方式是煮沸适宜的时间，例如20～60min。这样可以充分除去其中的其它灰分，例如钠盐、钾盐。优选使用10-15％浓度的盐酸。最后，用热水洗涤活性炭。

实施例1：

取固含约为30％的玉米芯酸解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干酸解渣比纯磷酸为1:3的比例加入85％的磷酸63.5g混匀(磷酸的最终质量浓度为50％)，常温状态下浸渍2h，然后将浸渍料置于120℃下加热1.5h后成型。将成型料置于100℃的烘箱内固化2h，转入马弗炉中于450℃下活化45min。将活化料取出冷却后用适量水淋洗，洗液另置以回收磷酸。向活化料中加入2％的氢氧化钠溶液煮沸20min，过滤，将固体料放入15％的盐酸溶液中煮沸20min，过滤，最后用热水洗涤所得固体料，干燥，得到成品活性炭。

实施例2：

取固含约为30％的玉米芯酸解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干酸解渣比纯磷酸为1:3.6的比例加入85％的磷酸76.2g混匀(磷酸的最终质量浓度为55％)，常温状态下浸渍1.5h，然后将浸渍料置于120℃下加热1.5h后成型。将成型料置于100℃的烘箱内固化2h，转入马弗炉中于550℃下活化30min。将活化料取出冷却后用适量水淋洗，洗液另置以回收磷酸。向活化料中加入3％的氢氧化钠溶液煮沸20min，过滤，将固体料放入10％的盐酸溶液中煮沸20min，过滤，最后用热水洗涤所得固体料，干燥，得到成品活性炭。

实施例3：

取固含约为30％的玉米芯酸解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干酸解渣比纯磷酸为1:3.6的比例加入85％的磷酸76.2g混匀(磷酸的最终质量浓度为55％)，常温状态下浸渍1.5h，然后将浸渍料置于120℃下加热1.5h后成型。将成型料置于100℃的烘箱内固化2h，转入马弗炉中于550℃下活化30min。将活化料取出冷却后用适量水淋洗，干燥，得到成品活性炭。

对比例1：

取绝干玉米芯酸解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干酸解渣比纯磷酸为1:3的比例加入85％的磷酸212g，水148g混匀(磷酸浓度约为50％)，常温状态下浸渍1.5h，然后将浸渍料置于120℃下加热1.5h后成型。将成型料置于100℃的烘箱内固化2h，转入马弗炉中于450℃下活化45min。将活化料取出冷却后用适量水淋洗，洗液另置以回收磷酸。向活化料中加入2％的氢氧化钠溶液煮沸20min，过滤，将固体料放入15％的盐酸溶液中煮沸20min，过滤，最后用热水洗涤所得固体料，干燥，得到成品活性炭。

表1玉米芯酸解渣制备活性炭的性能

本发明通过将植物材料酸解渣浸渍改性，提高了活化效果，并在后续工序中配合以酸、碱洗涤，有效去除了产品材料中的灰分，提高了产品的吸附性能。

以上以玉米芯酸解渣为例例阐述了本发明的构思，但是很显然，本发明对于本领域的技术人员来说，对前述实施例和某些技术细节可以有各种更改和变化，而无需做出创造性劳动。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.由植物酸解渣制备活性炭吸附材料的方法，包含以下步骤：

浸渍：直接将湿酸解渣用浓度为70～85％的磷酸浸渍，得浸渍料；

活化：在400～600℃活化所述浸渍料，得活化料；

洗涤：先用2～10％浓度的氢氧化钠溶液煮沸20-40分钟，再用10～15％浓度的盐酸溶液煮沸20-40分钟，然后水洗，干燥，得到活性炭，

其中，所述植物酸解渣为玉米芯酸解渣。