CN103372419B - 由植物碱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碱解渣制备活性炭吸附材料的方法，包含以下步骤：浸渍：直接将湿碱解渣用磷酸浸渍，得浸渍料；活化：在400～600℃活化所述成型料，得活化料；洗涤：先后用盐酸、碱溶液处理所述活化料，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。

Description

由植物碱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，需要使用强碱对这些植物材料进行碱解，碱解后留下大量的碱性植物残渣，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，用碱碱酸解玉米芯，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，含约6%左右的灰分，其中主要为金属氧化物（铁）

在申请人的在先技术中，为了从该碱解渣制备活性炭，通常先将该碱解渣进行除碱、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碱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。

本发明的植物碱解渣制备活性炭吸附材料的方法包含以下步骤：

—浸渍：直接将湿碱解渣用磷酸浸渍，得浸渍料；

—活化：在400~600℃活化所述成型料，得活化料；

—洗涤：先后用盐酸、碱溶液处理所述活化料，然后水洗，干燥，得到活性炭。

在典型的应用中，该植物碱解渣为玉米芯碱解渣。

优选地，磷酸活化剂的浓度为60~70%之间。

在另一种优选方案中，活化温度优选在450~600℃之间。

在另一种优选方案中，洗涤步骤包括用10~15%浓度的盐酸煮沸20~40min。

在一种典型实施方式中，洗涤步骤依次包括：

— 用水淋洗所述活化料，回收磷酸；

—用10~15%浓度的盐酸溶液处理所述活化料；

—用3~5%的碳酸氢钠溶液洗涤所述活化料；

—水洗最后产物。

进一步地，所述浸渍在常温下进行，然后将浸渍料在110~125℃的温度下保持1~3h的时间。

本发明的方法采用植物碱解渣直接浸渍法制备活性炭，通过酸洗和碱洗除去其中的灰分，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

下面以玉米芯碱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碱解渣，对于其他的植物资源，例如玉米秸秆碱解渣、小麦秸秆碱解渣、果壳碱解渣同样适用。

在本发明中，直接将湿的碱解渣用磷酸进行浸渍改性。该方法减少了流程环节，而且还会提高磷酸浸渍的效率。

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碱解渣，以让活化剂浸入到碱解渣中。本发明使用磷酸活化剂。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，过高会将碱解渣过渡酸蚀，导致产品易碎或开裂。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，优选将碱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。浸渍可以在常温下进行，通常需要1.5~2.5h。优选在升高的温度下进行浸渍，例如在60~90℃。

活化

活化是在活化炉中进行的。活化炉典型地是电阻炉。活化温度通常控制在450-600℃之间，其中优选大于等于500，更优选大于等于550℃。活化时间在30-60min之间，优选45min左右。

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磷酸活化剂。洗涤通常用水，优选使用热水。

在回收过磷酸之后，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20~40min。优选使用10-15%浓度的盐酸，该浓度的盐酸可以很好地除去活化料中的灰分，尤其是氧化铁（其在玉米芯碱解渣的含量高达6%。盐酸处理过后，可以直接用热水洗涤活化料。优选首先用3~5%的NaHCO₃洗涤至基本中性，然后用水洗涤，这样可以大大减少水的用量。

实施例1：

取固含为30%的玉米芯碱解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干碱解渣比纯磷酸为1:3.7的比例加入85%的磷酸78g混匀(磷酸浓度约为55%)，70℃下浸渍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。活化料先用10%的盐酸溶液煮沸30min，再用2%NaHCO₃溶液直至溶液pH稍显碱性，然后将其放置1h，最后用热自来水将产品洗涤至中性，真空抽滤，在150℃下烘至恒重，即可得到成品活性炭。

实施例2：

取固含为30%的玉米芯碱解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干碱解渣比纯磷酸为1:4.7的比例加入85%的磷酸100g混匀(磷酸浓度约为60%)，80℃状态下浸渍1.5h，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。活化料先用10%的盐酸溶液煮沸30min，再用3%NaHCO₃溶液直至溶液pH稍显碱性，然后将其放置1h，最后用热自来水将产品洗涤至中性，真空抽滤，在150℃下烘至恒重，即可得到成品活性炭。

实施例3：

取固含为30%的玉米芯碱解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干碱解渣比纯磷酸为1:4.7的比例加入85%的磷酸100g混匀(磷酸浓度约为60%)，常温状态下浸渍1.5h，转入马弗炉中于550℃下活化30min。将活化料取出冷却后用适量热水洗涤所得固体料，干燥，得到成品活性炭。

对比例1：

取绝干玉米芯碱解渣60g，加入1000ml烧杯中，按照绝干碱解渣比纯磷酸为1:3.7的比例加入85%的磷酸261g、水142g混匀(磷酸浓度约为55%)，70℃状态下浸渍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。活化料先用10%的盐酸溶液煮沸30min，再用2%NaHCO₃溶液直至溶液pH稍显碱性，然后将其放置1h，最后用热自来水将产品洗涤至中性，真空抽滤，在150℃下烘至恒重，即可得到成品活性炭。

表1 玉米芯碱解渣制备活性炭的性能

本发明通过将植物材料碱解渣浸渍改性，提高了活化效果，并在后续工序中配合以酸处理，有效去除了产品材料中的灰分，提高了吸附性能。

以上以玉米芯碱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 (5)

1.由植物碱解渣制备活性炭吸附材料的方法，所述植物碱解渣为玉米芯碱解渣，包含以下步骤：

浸渍：直接将湿碱解渣用磷酸浸渍，得浸渍料，磷酸活化剂的浓度为60～85％之间；

活化：在400～600℃活化所述浸渍料，得活化料；

洗涤：先后用盐酸、碱溶液处理所述活化料，然后水洗，干燥，得到活性炭，其中用10～15％的盐酸煮沸活化料20～40min。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，磷酸活化剂的浓度为70～85％之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，活化温度优选在450～600℃之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述洗涤步骤依次包括：

—用水淋洗所述活化料，回收磷酸；

—用10～15％浓度的盐酸溶液处理所述活化料；

—用3～5％的碳酸氢钠溶液洗涤所述活化料；

—水洗最后产物。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浸渍在常温下进行，然后将浸渍料在110～125℃的温度下保持1～3h的时间。