CN104801306A - 一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法 - Google Patents

一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104801306A
CN104801306A CN201510134972.4A CN201510134972A CN104801306A CN 104801306 A CN104801306 A CN 104801306A CN 201510134972 A CN201510134972 A CN 201510134972A CN 104801306 A CN104801306 A CN 104801306A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotten mosses
peat composed
transition metal
raw material
carbon catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510134972.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104801306B (zh
Inventor
陈求稳
罗明汉
徐强
马金峰
李若男
李国良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Original Assignee
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS filed Critical Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority to CN201510134972.4A priority Critical patent/CN104801306B/zh
Publication of CN104801306A publication Critical patent/CN104801306A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104801306B publication Critical patent/CN104801306B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂,其含水量为59-61%;有机物总量为75-77%;腐殖酸含量为15-30%;pH4.5-5.0,比表面积为1100-1300m2/g,碘吸附容量为1000-1100mg/g,亚甲基蓝吸附值为120-180mg/g。本发明还公开了制备上述粉末活性炭催化剂的方法。

Description

一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法
技术领域
本发明属于低成本资源利用与材料生产技术领域,具体地涉及一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂。
本发明还涉及制备上述粉末活性炭催化剂的方法。
背景技术
我国是活性炭生产大国,年总产量已逾50万吨居世界第二,出口量也增加到了20万吨/年居世界第一。长期以来,我国以煤炭或木材为主要原料制成的活性炭一直是活性炭材料中的主要品种。但作为生产活性炭的传统原料木材和煤,已满足不了工业对活性炭应用的需求。而且,近年来,随着环境问题和全球能源问题的日益突出,寻找新的廉价资源来制备活性炭吸附剂越来越受到广大需求者们的关注,其中以储量丰富的纯天然有机质资源-草炭土为原料开辟生产活性炭的新路子是非常有意义的。
近年来,随着对活性炭研究的深入,又开始应用于航天技术、吸附储能技术等领域。其应用领域的不断扩展对活性炭的质量提出了新的要求,从而不仅促进了活性炭在原料前处理,制备方法等方面的发展,也促进了不同品种、特殊性能活性炭的研究与开发。
利用活性炭较大的比表面积和孔容积作催化剂载体对有机物进行吸附及降解的光催化氧化法的性能优越,化学稳定性高,无毒,可重复使用等特点而受到广泛重视。
草炭是一种来源广泛的纯天然生物质材料,主要是由未完全分解的植物残体、植物残体分解产物腐植质及矿物质等组成。其化学组成主要有纤维素、木质素、腐植酸及氮、磷、钾等。草炭在我国的储量丰富,达46亿多吨。其含碳量高,灰分量低,可以成为优良的活性炭制备原料。
当前,有关草炭土制备粉末活性炭并负载过渡金属光催化剂的专利还未见报道。上述专利主要集中在草炭为原料制备粉末活性炭,并且制备粉 末活性炭负载过度金属的方法主要是通过传统的浸渍法。以廉价的生物质草炭为原料,制备功能较多的活性炭,并通过改性处理制备新型的活性炭催化剂,充分利用了低成本资源,为活性炭与催化剂的制备提供了新的原材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂。
本发明的又一目的是提供一种制备上述粉末活性炭催化剂的方法。
为实现上述目的,本发明提供的以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂,其含水量为59-61%;有机物总量为75-77%;腐殖酸含量为15-30%;pH 4.5-5.0,比表面积为1100-1300m2/g,碘吸附容量为1000-1100mg/g,亚甲基蓝吸附值为120-180mg/g;
通过下述方法得:
1)将草炭水洗干净、筛分;
2)将草炭烘干后粉碎,备用;
3)搅拌下,在配制的过渡金属溶液中加入粉末状的草炭,过渡金属与草炭质量比为1:10-20,调节溶液pH2-7,振荡达到吸附平衡后过滤,收集吸附了过渡金属的草炭;
4)将吸附金属后的草炭烘干,与无水碳酸钠溶液混合浸渍,无水碳酸钠的用量为草炭的1/3倍;
5)将浸渍后的草炭混合物烘干,于500-600℃热处理,冷却至常温后取出;
6)取出后酸洗,再水洗去除表面残留物,烘干,得到负载过渡金属的活性炭催化剂。
本发明提供的制备上述粉末活性炭催化剂的方法,其步骤是:
1)将草炭水洗干净、筛分;
2)将草炭烘干后粉碎,备用;
3)搅拌下,在配制的过渡金属溶液中加入粉末状的草炭,过渡金属与草炭质量比为1:10-20,调节溶液pH2-7,振荡达到吸附平衡后过滤,收集吸附了过渡金属的草炭;
4)将吸附金属后的草炭烘干,与无水碳酸钠溶液混合浸渍,无水碳酸钠的用量为草炭的1/3倍;
5)将浸渍后的草炭混合物烘干,以10℃/min的升温至500-600℃热处理,冷却至常温后取出;
6)取出后酸洗,再水洗去除表面残留物,烘干,得到负载过渡金属的活性炭催化剂。
所述的方法,其中,草炭为低洼地中纤维植物形成的纯天然有机质草炭土原料。
所述的方法,其中,步骤1中的筛分是去除含有沙粒状的固体物及各种杂物。
所述的方法,其中,过渡金属为Fe和Mn。
所述的方法,其中,步骤5是将烘干的草炭混合物转放于坩埚中压实,盖上盖子,升温至500-600℃热处理。
所述的方法,其中,步骤5的冷却是自然冷却。
本发明具有以下显著特点和有益效果:
1、首次利用草炭为原料制备粉末活性炭催化剂材料并应用于水处理中有机污染物的去除研究,得出了较好的结果;
2、充分利用低成本资源,为去除水中有机污染物的催化剂制备材料提供了新的原材料,解决了低成本原材料难寻的问题;
3、草炭原料表面呈絮状、多孔、疏松结构,这种结构为吸附提供了巨大的表面积,使众多的官能团能与吸附质相接触达到吸附过渡金属的目的,使金属离子能够均匀的分布在草炭原料孔状结构中。
具体实施方式
本发明提出的以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法,为草炭资源的利用与制备粉末活性炭催化剂的原料提供了一种新途径。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下几个步骤:
1)取一定量草炭原料加净水洗涤,作筛分,去除含有沙粒状的固体物及各种杂物;
2)将步骤1)所得草炭放入设置温度为120℃的烘箱,烘干12h取出 并于坩埚中粉碎,使之便于浸渍,备用;
3)将配制好的过渡金属溶液,加入盛有一定量草炭的搅拌容器中,边加入边搅拌至过渡金属与草炭质量比为1/10或1/20,调节溶液pH2-7,振荡达到吸附平衡后过滤,收集吸附了过渡金属的草炭;
4)将步骤3)所得的吸附金属后的草炭烘干,然后与无水碳酸钠溶液混合浸渍12h,110℃下烘干12h;
5)将步骤4)烘干的草炭混合物转放于坩埚中压实,盖上盖子,放入高温无氧马弗炉中,升温至500℃,热处理2h,待马弗炉冷却至常温之后取出;
6)取出后酸洗,水洗去除表面残留物,烘干得到负载过渡金属的活性炭催化剂,放入干燥器中备用。
按照上述方案,同时进行炭化和活化处理,其热处理温度以10℃/min的升温程序升温至500℃,维持2h,待自然冷却。
按照上述方案,所述的过渡金属为Fe和Mn。
按照上述方案,所述的无水碳酸钠粉末的用量为步骤2)所得干燥草炭的1/3倍。
本发明所述的草炭原料为黑褐色粉末有植物根茎体的草炭,其含水量为61.0%;有机物总量为76.0%;腐殖酸含量为15~30%;pH 4.8。高的碳含量使得草炭适合作为制备活性炭的原材料。草炭是一种廉价易得、吸附性好的吸附质,有机质含量高,纤维含量丰富,疏松多孔,通气透水性好,含有氨基酸,腐殖酸和氮磷钾等多种养分,是植物和微生物的优良生长载体。并且草炭比表面积大,吸附螯合能力强,有较强的离子交换能力和盐分平衡控制能力,对水体中的污染物具有良好的吸附作用。
本发明利用低成本的资源草炭为原料,通过对草炭原材料的洗涤/作筛,去除了含有沙粒状的固体物及各种杂物。将所得草炭放入设置温度为120℃的烘箱,烘干12h取出并于坩埚中粉碎,然后将配置好的过渡金属水溶液,加入盛有一定量草炭的搅拌容器中边加入边搅拌,使其过渡金属离子混合吸附在其表面,然后从水溶液中分离出来,烘干后在活化剂的作用下进行炭化/活化同步热处理,经酸洗/水洗/烘干得到具有发达孔结构的负载了过渡金属的粉末活性炭催化剂材料。这种同步炭化/活化热处理制备催 化剂的方法能够使过渡金属均匀的分布在活性炭孔状结构中,对比上述催化剂和以商用粉末活性炭为原料采用传统浸渍法制备的负载过渡金属的粉末活性炭催化剂,在吸附水中亚甲基蓝(MB)的性能评价中发现,前者的催化活性和稳定性显著优于后者。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明,但是此说明不会构成对本发明的限制。
实施例1
草炭为原料制备粉末活性炭催化剂的方法,包括有以下步骤:
1)取一定量草炭原料加净水洗涤,作筛分,去除含有沙粒状的固体物及各种杂物;
2)将步骤1)所得草炭放入设置温度为120℃的烘箱,烘干12h取出并于坩埚中粉碎,使之便于浸渍,备用;
3)将配制好的2000mg/L的Fe(NO3)3·9H2O的溶液,加入盛有30g草炭的搅拌容器中,边加入边搅拌至过渡金属与草炭质量比为1/10,调节溶液pH2-4,振荡达到吸附平衡后过滤,收集吸附了过渡金属的草炭;
4)将步骤3)所得的吸附金属后的草炭烘干,然后与无水碳酸钠溶液混合浸渍12h,所述的无水碳酸钠粉末的用量为步骤2所得的草炭粉末的1/3倍,110℃下烘干12h;
5)将步骤4)烘干的草炭混合物转放于坩埚中压实,盖上盖子,放入高温无氧马弗炉中,升温至500℃,热处理2h,待马弗炉冷却至常温之后取出;
6)取出后酸洗,水洗去除表面残留物,烘干得到负载过渡金属的活性炭催化剂,放入干燥器中备用。该催化剂简称Fe/AC。
所得催化剂应用方法:
在光催化反应器中加入MB溶液1000ml及催化剂(AC,Fe/AC,Mn/AC)1.6g,为了消除催化剂吸附MB对结果的影响,反应前先进行搅拌吸附3小时,使体系达到吸附平衡,吸附平衡后溶液中MB浓度约为1600mg/L左右。然后进行光催化降解实验,在一定的时间间隔取样分析溶液中MB浓度,本发明实施例1所得载铁催化剂的MB去除率最高约为58.7%。
实施例2
1)取一定量草炭原料加净水洗涤,作筛分,去除含有沙粒状的固体物及各种杂物;
2)将步骤1)所得草炭放入设置温度为120℃的烘箱,烘干12h取出并于坩埚中粉碎,使之便于浸渍,备用;
3)将配制好的500mg/L的MnCl2·4H2O的溶液,加入盛有30g草炭的搅拌容器中,边加入边搅拌至过渡金属与草炭质量比为1/20,调节溶液pH5-7,振荡达到吸附平衡后过滤,收集吸附了过渡金属的草炭;
4)将步骤3)所得的吸附金属后的草炭烘干,然后与无水碳酸钠溶液混合浸渍12h,所述的无水碳酸钠粉末的用量为步骤2所得的草炭粉末的1/3倍,110℃下烘干12h;
5)将步骤4)烘干的草炭混合物转放于坩埚中压实,盖上盖子,放入高温无氧马弗炉中,升温至500℃,热处理2h,待马弗炉冷却至常温之后取出;
6)取出后酸洗,水洗去除表面残留物,烘干得到负载过渡金属的活性炭催化剂,放入干燥器中备用。该催化剂简称Mn/AC。
按实施例1的实验条件,经实验,所得活催化剂的MB去除率为30.8%。
以上所述为本发明的制备方法及步骤,并未对本发明作任何形式上的限制。本领域技术人员在不脱离本发明的技术方案范围的情况下,利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修改,均属于本发明的权利要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂,其含水量为59-61%;有机物总量为75-77%;腐殖酸含量为15-30%;pH 4.5-5.0,比表面积为1100-1300m2/g,碘吸附容量为1000-1100mg/g,亚甲基蓝吸附值为120-180mg/g;
通过下述方法得:
1)将草炭水洗干净、筛分;
2)将草炭烘干后粉碎,备用;
3)搅拌下,在配制的过渡金属溶液中加入粉末状的草炭,过渡金属与草炭质量比为1:10-20,调节溶液pH2-7,振荡达到吸附平衡后过滤,收集吸附了过渡金属的草炭;
4)将吸附金属后的草炭烘干,与无水碳酸钠溶液混合浸渍,无水碳酸钠的用量为草炭的1/3倍;
5)将浸渍后的草炭混合物烘干,于500-600℃热处理,冷却至常温后取出;
6)取出后酸洗,再水洗去除表面残留物,烘干,得到负载过渡金属的活性炭催化剂。
2.一种以草炭为原料制备粉末活性炭催化剂的方法,其步骤是:
1)将草炭水洗干净、筛分;
2)将草炭烘干后粉碎,备用;
3)搅拌下,在配制的过渡金属溶液中加入粉末状的草炭,过渡金属与草炭质量比为1:10-20,调节溶液pH2-7,振荡达到吸附平衡后过滤,收集吸附了过渡金属的草炭;
4)将吸附金属后的草炭烘干,与无水碳酸钠溶液混合浸渍,无水碳酸钠的用量为草炭的1/3倍;
5)将浸渍后的草炭混合物烘干,以10℃/min的升温至500-600℃热处理,冷却至常温后取出;
6)取出后酸洗,再水洗去除表面残留物,烘干,得到负载过渡金属的活性炭催化剂。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,草炭为低洼地中纤维植物形成的纯天然有机质草炭土原料。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,步骤1中的筛分是去除含有沙粒状的固体物及各种杂物。
5.根据权利要求2所述的方法,其中,过渡金属为Fe和Mn。
6.根据权利要求2所述的方法,其中,步骤5是将烘干的草炭混合物转放于坩埚中压实,盖上盖子,升温至500-600℃热处理。
7.根据权利要求2所述的方法,其中,步骤5的冷却是自然冷却。
CN201510134972.4A 2015-03-26 2015-03-26 一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法 Expired - Fee Related CN104801306B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510134972.4A CN104801306B (zh) 2015-03-26 2015-03-26 一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510134972.4A CN104801306B (zh) 2015-03-26 2015-03-26 一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104801306A true CN104801306A (zh) 2015-07-29
CN104801306B CN104801306B (zh) 2018-02-16

Family

ID=53686750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510134972.4A Expired - Fee Related CN104801306B (zh) 2015-03-26 2015-03-26 一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104801306B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105866390A (zh) * 2016-06-21 2016-08-17 林光琴 电力变压器绝缘性能评价方法
CN107161998A (zh) * 2017-07-14 2017-09-15 韦卓林 一种木糠生物炭的制备方法以及木糠生物炭、用途
CN109847755A (zh) * 2019-04-01 2019-06-07 郑州大学 一种新型生物质基催化剂及其制备方法以及在热解煤方面的应用
CN115520973A (zh) * 2021-06-25 2022-12-27 神美科技有限公司 一种负载菌剂的生物活性炭的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101343060A (zh) * 2008-08-01 2009-01-14 王德福 一种有机活性炭及其制备方法
US7524795B1 (en) * 2004-02-20 2009-04-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Agriculture Activated carbons from animal manure
CN104003386A (zh) * 2014-06-06 2014-08-27 南京工程学院 一种以牛粪为原料制备粉状活性炭的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7524795B1 (en) * 2004-02-20 2009-04-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Agriculture Activated carbons from animal manure
CN101343060A (zh) * 2008-08-01 2009-01-14 王德福 一种有机活性炭及其制备方法
CN104003386A (zh) * 2014-06-06 2014-08-27 南京工程学院 一种以牛粪为原料制备粉状活性炭的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
20121231: "微波辐照废木屑活性炭制备工艺优化及其应用", 《环境工程学报》 *
司欢欢: "炭负载铁基催化剂的制备及催化甲烷裂解性能", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105866390A (zh) * 2016-06-21 2016-08-17 林光琴 电力变压器绝缘性能评价方法
CN105866390B (zh) * 2016-06-21 2017-12-29 江苏惠聪科技有限公司 电力变压器绝缘性能评价方法
CN107161998A (zh) * 2017-07-14 2017-09-15 韦卓林 一种木糠生物炭的制备方法以及木糠生物炭、用途
CN109847755A (zh) * 2019-04-01 2019-06-07 郑州大学 一种新型生物质基催化剂及其制备方法以及在热解煤方面的应用
CN109847755B (zh) * 2019-04-01 2022-03-22 郑州大学 一种生物质基催化剂及其制备方法以及在热解煤方面的应用
CN115520973A (zh) * 2021-06-25 2022-12-27 神美科技有限公司 一种负载菌剂的生物活性炭的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104801306B (zh) 2018-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110270310B (zh) 一种同步高效回收养殖场废液中氮和磷养分的富镁生物炭的制备方法及其应用
CN107096500B (zh) 一种利用中药渣制备磁性生物炭的方法、磁性生物炭与应用
CN111135790B (zh) 一种除磷复合吸附剂及其制备方法和在污水处理中的应用
CN109012589B (zh) 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法
CN104084126B (zh) 生物质基铁铝复合球形炭的制备方法
CN103566883A (zh) 水热液化生物炭基多孔炭和磁性炭材料的制备方法及其用途
CN109603749B (zh) 一种改性稻草秸秆生物炭的制备方法及其应用
CN105170091A (zh) 铁改性芦苇生物炭的制备及其在处理含磷废水上的应用
CN108264045A (zh) 废弃生物质热解焦油制备超高比表面积多孔炭材料的方法
CN110227416A (zh) 一种铁锌和磷酸改性污泥生物炭的制备及其在水中氟喹诺酮类抗生素去除中的应用
CN106000334A (zh) 一种改性芦苇生物质炭及其制备方法和应用
CN104437361A (zh) 一种原位担载制备功能性生物炭的方法
CN103611497A (zh) 一种制备高氮、磷吸附性能生物炭的方法
CN104829325A (zh) 一种稻草生物质炭基尿素及其制备方法
CN113321345A (zh) 一种基于污泥基生物炭的可同时回收水体中磷和去除抗生素的方法
CN111389367A (zh) 金属污泥基生物炭、制备方法及在去除水体中氮磷的应用
CN105000558A (zh) 一种在废酸中直接制取活性炭的方法
CN104801306A (zh) 一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法
CN112263989A (zh) 一种一步法制备磁性生物炭的方法
CN103496700A (zh) 一种将杉木木屑热解残留物制备活性炭的方法
CN104743556A (zh) 以草炭为原料制备的粉末活性炭及制备方法
CN104843700A (zh) 以泥炭复配玉米秸秆为原料制备的粉末活性炭及制备方法
CN114890842B (zh) 一种基于农业固废增值利用的环保缓释磷肥及其制备方法
CN115178239A (zh) 同步吸附水中氮磷的金属改性多孔炭材料及制备方法
CN111592420A (zh) 一种利用沼液沼渣制备复合炭基肥的方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180216

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee