CN103288080B - 一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法，属于材料和化工交叉领域。本发明的特征是以稻壳粉为原料，经过碱热处理，低温预氧化，炭化活化，制得中孔率高、吸附性强的生态炭。本发明的效果和益处是经过碱热处理、低温空气预氧化处理显著提高生态炭的中孔率及吸附性能，方法简单且活化剂用量大幅减少，该中孔率高、吸附性强的生态炭在超级电容器等电化学领域和环境保护等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法
技术领域
本发明涉及一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法。以稻壳粉为原料，先后经粉碎过筛、碱热处理、低温空气预氧化、炭化活化，制得中孔率高、吸附性强的生态炭。
背景技术
我国拥有十分丰富的生物质资源，每年仅农作物秸秆、蔗渣、芦苇等植物废弃物总量高达十余亿吨。在煤炭、石油和天然气等不可再生资源日益短缺的今天，生物质的高效利用变地非常迫切。生态炭是以生物质为原料制备的多孔性炭材料，因其特殊的孔结构、比表面积、机械性能以及丰富的表面官能团等优点，在环保、能源、化工等领域具有很好的应用前景。需要指出的是，生态炭的吸附性能优劣以及中孔率的高低很大程度上制约着其在电化学、吸附分离等领域的应用。因此，提高生态炭的吸附性能以及中孔率是亟需解决的难题。众所周知，提高活化程度是增大生态炭吸附性能最为有效的方法，目前主要是通过增加活化剂用量、提高活化温度以及采用二次活化等手段，通过增强其活化程度以提高其吸附性能。本方法通过碱热脱除稻壳粉中的硅和减少生物质的纤维晶体结构，以达到提高活化剂浸渍效率，降低活化剂用量，同时提高所得生态炭吸附性能和中孔率的目的。所制生态炭具有中孔率高、吸附性强的优点，在吸附分离、能源、催化等领域具有广阔的应用前景。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明目的是提供一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法。
为实现上述目的，本发明采用以下方案：
一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法，以稻壳粉为原料，经过碱热处理、低温空气预氧化，炭化活化、洗涤制得中孔率高、吸附性强的生态炭，具体制备方法如下：
（1）、将粉碎过的稻壳粉与一定浓度碱液混合，密封浸渍一段时间，然后置于一定温度的电热箱中恒温加热一段时间，取出后洗涤至pH=7，干燥；
（2）、将干燥后的碱热处理后的稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉与一定浓度磷酸溶液充分混合，将充分混合后的溶液放置于一定温度鼓风干燥箱中空气预氧化一段时间，自然降温后取出；
（3）、将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC/min升温至800 oC，恒温1h进行炭化活化，自然降温后取出；
（4）、充分洗涤炭化活化所得样品，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭。
该法所制生态炭具有高的中孔率和吸附性能，中孔率达92.0 %（体积比），苯吸附值高达1136 mg/g。而未经碱热及低温预氧化处理所制生态炭的中孔率为 63.7 %（体积比），苯吸附值为480 mg/g。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详述本发明的技术特点。
实施例1
将粉碎过的150 g稻壳粉与375 mL浓度为2 mol/L的NaOH水溶液充分混合，密封浸渍24 h，然后置于110 oC电热箱中恒温加热24 h，取出并洗涤至pH=7，干燥备用。将干燥后的碱热处理稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉8 g与30 mL质量浓度为38 %的H3PO4溶液充分混合，将充分混合后的物料置于200 oC鼓风干燥箱中空气预氧化6 h，自然降温；将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC /min升温至800 oC，恒温1 h，进行炭化活化，自然降温后取出，再经100 oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭。所制生态炭苯吸附值为1136 mg/g，比表面积为2008 m2/g，中孔率为92.0 %。
实施例2
将粉碎过的150 g稻壳粉与375 mL浓度为2 mol/L的NaOH水溶液充分混合，密封浸渍24 h，然后置于110 oC电热箱中恒温加热24 h，取出并洗涤至pH=7，干燥备用。将干燥后的碱热处理稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉8 g与30 mL质量浓度为38 %的H3PO4溶液充分混合，将充分混合后的物料置于180 oC鼓风干燥箱中空气预氧化6 h，自然降温；将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC /min升温至800 oC，恒温1 h，进行炭化活化，自然降温后取出，再经100 oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭。所制生态炭苯吸附值为1086 mg/g，比表面积为1096 m2/g，中孔率为90.6 %。
实施例3
将粉碎过的150 g稻壳粉与375 mL浓度为2 mol/L的NaOH水溶液充分混合，密封浸渍24 h，然后置于110 oC电热箱中恒温加热24 h，取出并洗涤至pH=7，干燥备用。将干燥后的碱热处理稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉8 g与25 mL质量浓度为28 %的H3PO4溶液充分混合，将充分混合后的物料置于200 oC鼓风干燥箱中空气预氧化6 h，自然降温；将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC /min升温至800 oC，恒温1 h，进行炭化活化，自然降温后取出，再经100 oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭。所制生态炭苯吸附值为865 mg/g，比表面积为1595 m2/g，中孔率为87.8 %。
实施例4
将粉碎过的150 g稻壳粉与375 mL浓度为2 mol/L的NaOH水溶液充分混合，密封浸渍24 h，然后置于110 oC电热箱中恒温加热24 h，取出并洗涤至pH=7，干燥备用。将干燥后的碱热处理稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉8 g与25 mL质量浓度为28 %的H3PO4溶液充分混合，将充分混合后的物料置于180 oC鼓风干燥箱中空气预氧化6 h，自然降温；将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC /min升温至800 oC，恒温1 h，进行炭化活化，自然降温后取出，再经100 oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭。所制生态炭苯吸附值为891 mg/g，比表面积为1624 m2/g，中孔率为85.8 %。
实施例5
将粉碎过的150 g稻壳粉与375 mL浓度为2 mol/L的NaOH水溶液充分混合，密封浸渍6 h，然后置于150 oC电热箱中恒温加热6 h，取出并洗涤至pH=7，干燥备用。将干燥后的碱热处理稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉8 g与30 mL质量浓度为38 %的H3PO4溶液充分混合，将充分混合后的物料置于200 oC鼓风干燥箱中空气预氧化4 h，自然降温；将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC /min升温至800 oC，恒温1 h，进行炭化活化，自然降温后取出，再经100 oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭。所制生态炭苯吸附值为1079 mg/g，比表面积为1987 m2/g，中孔率为90.2 %。
实施例6
将粉碎过的150 g稻壳粉与375 mL浓度为2 mol/L的NaOH水溶液充分混合，密封浸渍6 h，然后置于150 oC电热箱中恒温加热6 h，取出并洗涤至pH=7，干燥备用。将干燥后的碱热处理稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉8 g与30 mL质量浓度为38 %的H3PO4溶液充分混合，将充分混合后的物料置于120 oC鼓风干燥箱中空气预氧化2 h，自然降温；将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC /min升温至800 oC，恒温1 h，进行炭化活化，自然降温后取出，再经100 oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭。所制生态炭苯吸附值为816 mg/g，比表面积为943 m2/g，中孔率为84.9 %。

Claims (1)

1.一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法，以稻壳粉为原料，先后经粉碎过筛、碱热处理、低温空气预氧化、炭化活化制得中孔率高、吸附性强的生态炭，其特征在于具体制备方法如下：
（1）、将粉碎过的稻壳粉与一定浓度碱液混合，密封浸渍一段时间，然后置于一定温度的电热箱中恒温加热一段时间，取出后洗涤至pH=7，干燥；
其中原料稻壳粉需粉碎至粒径小于20目，碱热处理剂为NaOH溶液，稻壳粉和2 moL/L的NaOH溶液的混合物在常温下浸渍6~24 h，然后在110~150 oC电热箱中加热6~24 h，碱热处理过程中需密封；
（2）、将干燥后的碱热处理后的稻壳粉研磨至40目，取研磨后的稻壳粉与一定浓度磷酸溶液充分混合，将充分混合后的溶液放置于一定温度鼓风干燥箱中空气预氧化一段时间，自然降温后取出；
其中H3PO4溶液的质量浓度为28~38 %，稻壳粉与H3PO4溶液的质量比为1:3~5，预氧化温度为120~200 oC，时间为2~6 h；
（3）、将预氧化后的物料在氮气气氛下以10 oC/min升温至800 oC，恒温1 h进行炭化活化，自然降温后取出；
其中炭化活化在60 mL/min的氮气保护下完成，800 oC下恒温1 h；
（4）、充分洗涤炭化活化所得样品，即可制得中孔率高、吸附性强的生态炭；
其中炭化活化所得样品需经100 oC蒸馏水洗涤至pH=7；
所制得的生态炭的中孔率为92％。
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