CN104192841A - 一种老油茶树枝活性炭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种老油茶树枝活性炭的制备方法，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：老油茶树枝45-60、竹子3-6、木炭6-8、杉树皮2-3、麦壳8-10、椰壳15-20、松树皮1-2、褐煤5-6；其制备过程如下：㈠备料；㈡原料预处理；㈢混合；㈣初次炭化；㈤总混料；㈥二次炭化；㈦中和；㈧烘干；既可用于制备以老油茶树枝为主要原料的活性炭，也可用于制备以其它树枝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

一种老油茶树枝活性炭的制备方法

技术领域

本发明涉及化工材料生产技术领域，特别是一种老油茶树枝活性炭的制备方法。

技术背景

活性炭具有比表面积大、导电和导热性佳，化学稳定性好等特点,因而，在催化、吸附、新能源等领域得到广泛应用。目前，制备活性炭的原料主要采用木材和优质煤等，故其生产成本较高。为降低生产成本，近些年来，人们开展了利用各种工农业废弃物，如油茶果壳、核桃壳、椰壳、杏仁壳、谷壳等制备活性炭的研究。

中国专利(申请号为201310001845.8)“一种利用油茶果壳制备活性炭的方法”，步骤如下：将油茶果壳过筛除杂之后经干燥粉碎制成果壳颗粒，将果壳颗粒与一定比例活化剂混合浸泡后先进行炭化，再经二次加热进行活化，活化后的物料依次进行酸洗、水洗、烘干、制粒即得到活性炭。以油茶果壳制备活性炭，原料来自油茶生产加工剩余物，来源充足；以油茶果壳为原料，通过物理化学方法相结合制备活性炭工艺简单、稳定性好、污染少、易再生、生产成本低、活性炭产品比表面积大，吸附性能好。

另一中国专利(申请号为201310493860.9)“一种用核桃壳、梧桐树叶、麦秸制备活性炭的方法”，包括选取核桃壳、梧桐树叶、麦秸按比例混合，将烘干后的混合物粉碎得原料，将原料颗粒与活化剂混合均匀得混合物料，加入水浸渍，将浸渍后物料放入微波炉进行炭化活化，依次酸洗和水洗、烘干，将烘干原料磨碎，并采用不同目数的筛子进行筛分获得三级细度活性炭，将它们按比例混合形成最终产品。根据该发明所制备的活性炭具有良好的吸附性能和使用寿命。

技术内容

本发明的目的在于提供一种以老油茶树枝为主要原料，其产品具有比表面积大、孔系发达、吸附力强等特点的制备活性炭的方法。

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

老油茶树枝 45-60         竹子 3-6         木炭  6-8

杉  树  皮  2-3          麦壳 8-10        椰壳 15-20

松  树  皮  1-2          褐煤 5-6；

其制备过程如下：

㈠、备料：按上述重量比例，分别取老油茶树枝、竹子、木炭、杉树皮、麦壳、椰壳、松树皮、褐煤，备用；

㈡、原料预处理：

①、老油茶树枝预处理：将备用的老油茶树枝干燥至水分含量≤4.0％，然后，粉碎至25-50目，成为处理老油茶树枝粉末，备用；

②、竹子预处理：将备用的竹子处理成竹子锯末，然后，在60-78℃下烘干至水分含量≤6.0％；接着，向竹子锯末表面喷施体积浓度为12-20％的硫酸溶液，按150-320ml/kg的比例边喷施边搅拌；其后，将喷施了硫酸溶液的竹子锯末堆放于温度为22-28℃、相对湿度为50-65％的室内，堆积高度为0.5-1.2m，处理36-72h；然后，将经过堆积的竹子锯末平铺于阴凉地面，处理24-48h，成为处理竹子锯末，备用；

③、木炭预处理：将备用的木炭处理成10-40目的木炭颗粒，再将木炭颗粒分成两等份；对其中的一份木炭颗粒表面喷施体积浓度为12-16％的硫酸溶液，按32-45ml/kg的比例边喷施边搅拌，然后在38-50℃下干燥处理至水分含量≤9.0％，成为硫化木炭，备用；对另一份木炭颗粒表面喷施重量浓度为24-35％的氯化锌溶液，按40-55g/kg比例边喷施边搅拌，在60-80℃下干燥处理至水分含量≤5.0％，成为氯化木炭，备用；然后将备用的硫化木炭和氯化木炭混合，再处理成60-100目的粉末，成为处理木炭粉，备用；

④、杉树皮预处理：将备用的杉树皮投入重量浓度为5-15％的氢氧化钠水溶液中，煮沸处理，并煮至杉树皮条中钠离子的含量为0.15-0.65mg/100g；再干燥至水分含量≤5.0％，然后，粉碎、过30-50目筛，成为处理杉树皮粉，备用；

⑤、麦壳预处理：将备用的麦壳投入重量浓度为2.5-4.5％的碳酸氢钠水溶液中，煮沸处理1.2-1.5h，过滤；再将经过煮沸处理的麦壳经压滤处理，收集滤渣；然后，将滤渣在70-80℃下烘干至水分含量≤3.0％，再处理成60-100目的粉末，成为处理麦壳粉，备用；

⑥、椰壳预处理：将备用的椰壳用清水洗2-4次，然后，在60-100℃下烘干至水分含量≤3.0％，再处理成60-120目的粉末，成为处理椰壳粉，备用；

⑦、松树皮预处理：将备用的松树皮，在温度为65-78℃、压力为0.2-0.45MPa的烘箱中烘干至水分含量≤8.0％，再处理成30-40目的松树皮粉末；其后，向松树皮粉末表面喷施体积浓度为12-25％的硝酸溶液，按15-32ml/100g比例边喷施边搅拌，喷匀后，将其转移至容器罐中，在室温下密封处理36-60h；然后，在50-60℃下干燥至水分含量≤8％，成为处理松树皮粉，备用；

㈢、混合：

①、混合一：将备用的褐煤、处理老油茶树枝粉末、处理麦壳粉、处理椰壳粉，一起投入混合机中混匀，然后，按1:3-4.5的重量比例，投入到活化剂溶液中，在35-45℃下浸泡15-25h，成为活化混合料一，备用；

②、混合二：将备用的处理竹子锯末、处理松树皮粉、处理杉树皮粉一起投入混合机中混匀，得混合料二，备用；

③、混合三：将活化混合料一与混合料二混合均匀，得混合料三，备用；

㈣、初次炭化：将备用的混合料三置于碳化炉中，先将碳化炉按6-10℃/min的升温速度，加热至160-200℃，保持20-28min；然后，按照10-24℃/min的升温速度，加热至480-640℃，炭化100-180min；再按6-10℃/min的降温速度，冷却至室温，成为初炭，备用；

㈤、总混料：将备用的初炭与备用的处理木炭粉一起混合，粉碎，过80-100目筛，成为总混料，备用；

㈥、二次炭化：将备用的总混料置于碳化炉中，将碳化炉按照20-30℃/min的升温速度加热至680-850℃，并保温75-120min；然后，按10-20℃/min的降温速度，冷却至室温，成为次炭，备用；

㈦、中和：将备用的次炭用酸或碱中和，控制pH值为6.0-7.0，并用纯净水洗涤，成为中和炭，备用；

㈧、烘干：将备用的中和炭在60-100℃下烘干至水分含量≤4.0％，即成为老油茶树枝活性炭。

其优化的技术方案是由下列重量份的原料制备而成：

老油茶树枝 52          竹子5         木炭  7

杉  树  皮  2          麦壳9         椰壳 18

松  树  皮  2          褐煤5。

混合一步骤中所述的活化剂溶液是KH₂PO₄、H₂O₂、KOH、H₃PO₄、GaCl₂、ZnCl₂中的一种或多种水溶液，其重量百分比浓度为30-50％，当为二种以上时，各组分之间的配比为等份或其它比例。

中和步骤中所述的酸是盐酸、醋酸、硫酸中的一种或多种，当为二种以上时，各种酸之间的配比为等份或其它比例；中和步骤中所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠中的一种或多种，当为二种以上时，各种组分之间的配比为等份或其它比例。

初次炭化步骤中的炭化温度为500-600℃。

初次炭化步骤中的炭化温度为520-580℃。

初次炭化步骤中的炭化温度为540-560℃。

二次炭化步骤中的炭化温度为700-820℃。

二次炭化步骤中的炭化温度为720-780℃。

二次炭化步骤中的炭化温度为740-760℃。

本发明的老油茶树枝活性炭的制备方法，是利用间伐废弃的老油茶树枝为主要原料，配以多种植物的茎皮和果壳，加上对各原料前置的预处理，重新对各原料的结构进行了疏松等整理，并添加了多种金属离子等，使混合物在炭化过程中，更能紧密融合，因而，制备的老油茶树枝活性炭，其孔径更发达、比表面积更大、吸附力更强，对炭化的过程也更容易操控。同时，本发明是以植物的茎皮和果壳为原料，其炭化后的活性炭相比以焦油等为原料所得的活性炭，其质量更轻、色泽更亮，结构上更适合添加各种增强专一性的添加物，并且在炭化过程不会产生大量的烟雾和其他有害的物质。

下表是应用本发明方法制备的老油茶树枝活性炭的检测数据：

(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老油茶树枝活性炭，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：

㈠、备料：按重量份分别取老油茶树枝45份、竹子6份、木炭8份、杉树皮3份、麦壳10份、椰壳20份、松树皮2份、褐煤6份，备用；

㈡、原料预处理：

①、老油茶树枝预处理：将备用的老油茶树枝干燥至水分含量≤4.0％，然后，粉碎至40目，成为处理老油茶树枝粉末，备用；

②、竹子预处理：将备用的竹子处理成竹子锯末，然后，在70℃下烘干至水分含量≤6.0％；接着，向竹子锯末表面喷施体积浓度为18％的硫酸溶液，按250ml/kg的比例边喷施边搅拌；其后，将喷施了硫酸溶液的竹子锯末堆放于温度为25℃、相对湿度为60％的室内，堆积高度为0.8m，处理48h；然后，将经过堆积的竹子锯末平铺于阴凉地面，处理36h，成为处理竹子锯末，备用；

③、木炭预处理：将备用的木炭处理成30目的木炭颗粒，再将木炭颗粒分成两等份；对其中的一份木炭颗粒表面喷施体积浓度为14％的硫酸溶液，按38ml/kg的比例边喷施边搅拌，然后在45℃下干燥处理至水分含量≤9.0％，成为硫化木炭，备用；对另一份木炭颗粒表面喷施重量浓度为30％的氯化锌溶液，按45g/kg比例边喷施边搅拌，在70℃下干燥处理至水分含量≤5.0％，成为氯化木炭，备用；然后将备用的硫化木炭和氯化木炭混合，再处理成80目的粉末，成为处理木炭粉，备用；

④、杉树皮预处理：将备用的杉树皮投入重量浓度为10％的氢氧化钠水溶液中，煮沸处理，并煮至杉树皮条中钠离子的含量为0.45mg/100g；再干燥至水分含量≤5.0％，然后，粉碎、过40目筛，成为处理杉树皮粉，备用；

⑤、麦壳预处理：将备用的麦壳投入重量浓度为3.5％的碳酸氢钠水溶液中，煮沸处理1.4h，过滤；再将经过煮沸处理的麦壳经压滤处理，收集滤渣；然后，将滤渣在75℃下烘干至水分含量≤3.0％，再处理成80目的粉末，成为处理麦壳粉，备用；

⑥、椰壳预处理：将备用的椰壳用清水洗3次，然后，在80℃下烘干至水分含量≤3.0％，再处理成至90目的粉末，成为处理椰壳粉，备用；

⑦、松树皮预处理：将备用的松树皮，在温度为72℃、压力为0.3MPa的烘箱中烘干至水分含量≤8.0％，再处理成35目的松树皮粉末；其后，向松树皮粉末表面喷施体积浓度为20％的硝酸溶液，按25ml/100g比例边喷施边搅拌，喷匀后，将其转移至容器罐中，在室温下密封处理48h；然后，在55℃下干燥至水分含量≤8％，成为处理松树皮粉，备用；

㈢、混合：

①、混合一：将备用的褐煤、处理老油茶树枝粉末、处理麦壳粉、处理椰壳粉，一起投入混合机中混匀，然后，按1:4的重量比例，投入到4倍重量的活化剂溶液(KH₂PO₄和H₂O₂各占一半，其重量百分比浓度为40％)中，在40℃下浸泡20h，成为活化混合料一，备用；

②、混合二：将备用的处理竹子锯末、处理松树皮粉、处理杉树皮粉一起投入混合机中混匀，得混合料二，备用；

③、混合三：将活化混合料一与混合料二混合均匀，得混合料三，备用；

㈣、初次炭化：将备用的混合料三置于碳化炉中，先将碳化炉按8℃/min的升温速度，加热至180℃，保持24min；然后，按照16℃/min的升温速度，加热至550℃，炭化140min；再按8℃/min的降温速度，冷却至室温，成为初炭，备用；

㈤、总混料：将备用的初炭与备用的处理木炭粉一起混合，粉碎，过90目筛，成为总混料，备用；

㈥、二次炭化：将备用的总混料置于碳化炉中，将碳化炉按照25℃/min的升温速度加热至760℃，并保温100min；然后，按15℃/min的降温速度，冷却至室温，成为次炭，备用；

㈦、中和：将备用的次炭用酸或碱中和，控制pH值为6.5，并用纯净水洗涤，成为中和炭，备用；

㈧、烘干：将备用的中和炭在80℃下烘干至水分含量≤4.0％，即成为老油茶树枝活性炭。

下表是本实施例的老油茶树枝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	3.2％
		比表面积	1280
水分	3.6％
		耐磨强度	96.6％
空隙容积	1.5cm3/g
		水溶性灰分	1.64％

碘值	985mg/g
		亚甲基蓝	1648

实施例二：

㈠、备料：按重量份分别取老油茶树枝60份、竹子3份、木炭6份、杉树皮2份、麦壳8份、椰壳15份、松树皮1份、褐煤5份，备用；

其它步骤与实施例一相同。

下表是本实施例的老油茶树枝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	2.0％
		比表面积	1420m2/g
水分	3.0％
		耐磨强度	≥95.0％
空隙容积	1.85cm3/g
		水溶性灰分	1.2％
碘值	1456mg/g
		亚甲基蓝	1720

实施例三：

㈠、备料：按重量份分别取老油茶树枝52份、竹子5份、木炭7份、杉树皮2份、麦壳9份、椰壳18份、松树皮2份、褐煤5份，备用；

其它步骤与实施例一相同。

下表是本实施例的老油茶树枝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	1.0％
		比表面积	1810m2/g
水分	2.5％
		耐磨强度	98.4％

空隙容积	1.84cm3/g
		水溶性灰分	1.0％
碘值	1620mg/g
		亚甲基蓝	1876.0

本发明的老油茶树枝活性炭的制备方法，既可用于制备以老油茶树枝为主要原料的活性炭，也可用于制备以其它树枝为主要原料的活性炭；所制备的老油茶树枝活性炭可用于食品、饮料、生活用水与工业用水的过滤。

Claims (10)

1.一种老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

老油茶树枝 45-60         竹子 3-6         木炭  6-8

杉  树  皮  2-3          麦壳 8-10        椰壳 15-20

松  树  皮  1-2          褐煤 5-6；

其制备过程如下：

㈠、备料：按上述重量比例，分别取老油茶树枝、竹子、木炭、杉树皮、麦壳、椰壳、松树皮、褐煤，备用；

㈡、原料预处理：

①、老油茶树枝预处理：将备用的老油茶树枝干燥至水分含量≤4.0％，然后，粉碎至25-50目，成为处理老油茶树枝粉末，备用；

②、竹子预处理：将备用的竹子处理成竹子锯末，然后，在60-78℃下烘干至水分含量≤6.0％；接着，向竹子锯末表面喷施体积浓度为12-20％的硫酸溶液，按150-320ml/kg的比例边喷施边搅拌；其后，将喷施了硫酸溶液的竹子锯末堆放于温度为22-28℃、相对湿度为50-65％的室内，堆积高度为0.5-1.2m，处理36-72h；然后，将经过堆积的竹子锯末平铺于阴凉地面，处理24-48h，成为处理竹子锯末，备用；

③、木炭预处理：将备用的木炭处理成10-40目的木炭颗粒，再将木炭颗粒分成两等份；对其中的一份木炭颗粒表面喷施体积浓度为12-16％的硫酸溶液，按32-45ml/kg的比例边喷施边搅拌，然后在38-50℃下干燥处理至水分含量≤9.0％，成为硫化木炭，备用；对另一份木炭颗粒表面喷施重量浓度为24-35％的氯化锌溶液，按40-55g/kg比例边喷施边搅拌，在60-80℃下干燥处理至水分含量≤5.0％，成为氯化木炭，备用；然后将备用的硫化木炭和氯化木炭混合，再处理成60-100目的粉末，成为处理木炭粉，备用；

④、杉树皮预处理：将备用的杉树皮投入重量浓度为5-15％的氢氧化钠水溶液中，煮沸处理，并煮至杉树皮条中钠离子的含量为0.15-0.65mg/100g；再干燥至水分含量≤5.0％，然后，粉碎、过30-50目筛，成为处理杉树皮粉，备用；

⑤、麦壳预处理：将备用的麦壳投入重量浓度为2.5-4.5％的碳酸氢钠水溶液中，煮沸处理1.2-1.5h，过滤；再将经过煮沸处理的麦壳经压滤处理，收集滤渣；然后，将滤渣在70-80℃下烘干至水分含量≤3.0％，再处理成60-100目的粉末，成为处理麦壳粉，备用；

⑥、椰壳预处理：将备用的椰壳用清水洗2-4次，然后，在60-100℃下烘干至水分含量≤3.0％，再处理成60-120目的粉末，成为处理椰壳粉，备用；

⑦、松树皮预处理：将备用的松树皮，在温度为65-78℃、压力为0.2-0.45MPa的烘箱中烘干至水分含量≤8.0％，再处理成30-40目的松树皮粉末；其后，向松树皮粉末表面喷施体积浓度为12-25％的硝酸溶液，按15-32ml/100g比例边喷施边搅拌，喷匀后，将其转移至容器罐中，在室温下密封处理36-60h；然后，在50-60℃下干燥至水分含量≤8％，成为处理松树皮粉，备用；

㈢、混合：

①、混合一：将备用的褐煤、处理老油茶树枝粉末、处理麦壳粉、处理椰壳粉，一起投入混合机中混匀，然后，按1:3-4.5的重量比例，投入到活化剂溶液中，在35-45℃下浸泡15-25h，成为活化混合料一，备用；

②、混合二：将备用的处理竹子锯末、处理松树皮粉、处理杉树皮粉一起投入混合机中混匀，得混合料二，备用；

③、混合三：将活化混合料一与混合料二混合均匀，得混合料三，备用；

㈣、初次炭化：将备用的混合料三置于碳化炉中，先将碳化炉按6-10℃/min的升温速度，加热至160-200℃，保持20-28min；然后，按照10-24℃/min的升温速度，加热至480-640℃，炭化100-180min；再按6-10℃/min的降温速度，冷却至室温，成为初炭，备用；

㈤、总混料：将备用的初炭与备用的处理木炭粉一起混合，粉碎，过80-100目筛，成为总混料，备用；

㈥、二次炭化：将备用的总混料置于碳化炉中，将碳化炉按照20-30℃/min的升温速度加热至680-850℃，并保温75-120min；然后，按10-20℃/min的降温速度，冷却至室温，成为次炭，备用；

㈦、中和：将备用的次炭用酸或碱中和，控制pH值为6.0-7.0，并用纯净水洗涤，成为中和炭，备用；

㈧、烘干：将备用的中和炭在60-100℃下烘干至水分含量≤4.0％，即成为老油茶树枝活性炭。

2.根据权利要求1所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

老油茶树枝 52          竹子5         木炭  7

杉  树  皮  2          麦壳9         椰壳 18

松  树  皮  2          褐煤5。

3.根据权利要求1或2所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：混合一步骤中所述的活化剂溶液是KH₂PO₄、H₂O₂、KOH、H₃PO₄、GaCl₂、ZnCl₂中的一种或多种水溶液，其重量百分比浓度为30-50％，当为二种以上时，各组分之间的配比为等份或其它比例。

4.根据权利要求3所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：中和步骤中所述的酸是盐酸、醋酸、硫酸中的一种或多种，当为二种以上时，各种酸之间的配比为等份或其它比例；中和步骤中所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠中的一种或多种，当为二种以上时，各种组分之间的配比为等份或其它比例。

5.根据权利要求4所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：初次炭化步骤中的炭化温度为500-600℃。

6.根据权利要求5所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：初次炭化步骤中的炭化温度为520-580℃。

7.根据权利要求6所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：初次炭化步骤中的炭化温度为540-560℃。

8.根据权利要求7所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：二次炭化步骤中的炭化温度为700-820℃。

9.根据权利要求8所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：二次炭化步骤中的炭化温度为720-780℃。

10.根据权利要求9所述老油茶树枝活性炭的制备方法，其特征在于是：二次炭化步骤中的炭化温度为740-760℃。