CN106348294A - 一种落叶活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种落叶活性炭，由落叶经粉碎、磷酸浸渍后在炭化炉中炭化后再经活化、酸洗、水洗和干燥后制得。本发明的落叶活性炭隙结构发达、内比表面积大，并且性能稳定，吸附能力强，落叶活性炭碘吸附值为1853‑1873 mg/g，亚甲基蓝吸附值为606‑621 mg/g，比表面积高达1628.5‑1645.3 m2/g，可用于脱色，军用防毒面具，香烟过滤嘴，空气净化器，自来水厂水处理，饮用水净化，解毒，治理放射元素污染，降低土壤中残留农药，调理土壤性能，治理室内甲醛，蔬菜保鲜等方面，具有很强的实用性。

Description

一种落叶活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种活性炭的制备方法，尤其是涉及一种落叶活性炭的制备方法。
背景技术
活性炭是利用木炭、木屑、椰壳、各种果核、纸浆废液以及其他农林副产品、煤以及重质石油为原料经炭化活化而得的产品，它与木炭、炭黑和焦炭称为微品质炭或无定形炭。
目前，活性炭广泛应用于食品、制药、化工等工业生产的各个领域，因其具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、独特的表面官能团，较强的吸附能力以及良好的化学稳定性。但是，现有技术中制备活性炭的传统原料主要是煤、实木等天然矿植物，但是煤的储量有限，木质原料的来源受限，因此选择一种合适的原料，替代传统原料用于生产活性炭是十分必要的。
申请号为2013104938609的中国专利，公开了一种利用核桃壳、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。刘斌、杨继亮、马叶等在《林产工业》2013年第4卷第6期中发表的“磷酸活化法制备梧桐叶活性炭及表征”中提到，以梧桐枯叶为原料，磷酸为活化剂制备活性炭在浸渍比3.0，活化温度450℃，活化时间2.5h条件下所制备的活性炭，具有最高的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值，分别为910mg/g，140 mg/g，比表面积和总孔容积能够达到1080.722m2/g和0.905cm3/g。左宋林、刘军利和倪传根在《林产化学与工业》2008年12月第28卷第6期发表的“低温磷酸活化棉秆制备活性炭的研究”中提高，以棉杆为原料活化温度300-450℃之间，研究了低温磷酸活化制备活性炭的可行性，并测定了活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率等吸附性能指标；在350℃下的低温磷酸活化棉杆能够制备出比表面积达1 244 m2 /g，表面官能团含量高达10.4mmol/g，亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率分别达到190mL/g和100%的孔隙结构发达和极性较强的活性炭。
但上述文献中存在的问题是：
（1）专利一中采用氢氧化钾和碳酸钾制备混合溶液作为活化剂，氢氧化钾是一种强碱性物质，另一方面在制备过程中容易发生危险，另一方面易污染环境；
（2）文献二、文献三中制备的活性炭产品吸附性能不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种落叶活性炭及其制备方法，解决了现有技术中采用强碱溶液作为活化剂污染环境的问题，并且制备得到的活性炭吸附效果优异。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种落叶活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数为20%-40%的磷酸溶液浸渍2-4h后烘干，得块状物料，其中落叶粉末与磷酸溶液的固液比为1：（3-7）g/ mL；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为400-600℃，炭化时间为0.5-1.5h；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径≤10mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为600-800℃，活化时间为30-60min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入3-7倍重量份的质量分数为3%-7%的稀盐酸溶液，酸煮6-10h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭干燥即得产品。
优选地，所述落叶为阔叶树种的落叶。
优选地，所述步骤（1）中烘干温度为40-50℃。
优选地，所述步骤（2）中浸渍温度为40-50℃。
优选地，所述步骤（8）中干燥的条件为在35-45℃下干燥12-24h。
本发明的有益效果是：
本发明的落叶活性炭以秋冬落叶为原料，制备方法简单，同时制备的活性炭产品比表面积大、吸附性能好，具体来说有以下几点：
（1）本发明的落叶活性炭由阔叶树的落叶经粉碎、磷酸浸渍、炭化、活化、酸洗、水洗和干燥后制得，制备得到的活性炭孔隙结构发达、内比表面积大，并且性能稳定，吸附能力强，对制备的活性炭进行相关性能检测，发现本发明制备的落叶活性炭的碘吸附值为1853-1873 mg/g，亚甲基蓝吸附值为606-621 mg/g，比表面积高达1628.5-1645.3 m2/g，可用于脱色，军用防毒面具，香烟过滤嘴，空气净化器，自来水厂水处理，饮用水净化，解毒，治理放射元素污染，降低土壤中残留农药，调理土壤性能，治理室内甲醛，蔬菜保鲜等方面，具有很强的实用性。
（2）本发明的落叶活性炭制备时步骤（3）采用炭化温度400-600℃，炭化时间0.5-1.5h，经磷酸浸渍的块状落叶物料在400-600℃的温度下，协同具有耐高温抗氧化能力的磷酸炭结构，块状落叶物料的炭化反应历程发生改变，使块状落叶物料中部分无序碳氧化刻蚀成孔，在材料内部形成发达的微孔结构，从而有利于提高制备的活性炭的比表面积，因此本发明制备的活性炭的碘吸附值为1853-1873 mg/g，亚甲基蓝吸附值为606-621 mg/g，比表面积高达1628.5-1645.3 m2/g。
（3）本发明的落叶活性炭制备时步骤（5）采用活化温度600-800℃，活化时间为30-60min，不定型颗粒状炭块在600-800℃的活化温度下，部分微孔转变成中孔，同时在该温度下，H3P04脱水形成不同形式的Hn+2PnO3n+1，这些不同结构式的磷酸与木质纤维物质的反应更加强烈，形成不同形式的磷酸酯，增大交联结构物的产生，促进中孔形成，另一方面，选择活化时间为30-60min，避免了随着活化时间的延长，已成型的活性炭的孔隙结构部分坍塌，因此本发明的制备的落叶活性炭的比表面积及孔容大，吸附性能优良。
（4）本发明的落叶活性炭制备时步骤（6）中对活性炭粗品进行酸洗，采用加入3-7倍重量份的质量分数为3%-7%的稀盐酸溶液，酸煮6-10h，酸煮一方面能够除去落叶活性炭在制备过程中难免带入的无机盐和金属氧化物等杂质，降低落叶活性炭的灰分，另一方面还能够起到轻微的破碎作用，提高活性炭的比表面积，增大活性炭的吸附性能。
（5）本发明的落叶活性炭制备时采用磷酸活化法，磷酸是三元中强酸，分三步电离，不易挥发，不易分解，几乎没有氧化性，具有酸的通性，同时本发明选用的磷酸为质量分数为20-40%的磷酸溶液，属于中低浓度，与氢氧化钾相比，其腐蚀性能大大降低，制备过程不易发生危险，并且反应后处理相对简单，降低对环境的影响。
（6）本发明的落叶活性炭制备时采用磷酸活化法，磷酸活化法与氯化锌活化法相比具有污染少、容易回收等优点，并且制备得到的活性炭微孔更发达，这是因为磷酸在活化过程中不仅具有脱水的作用，而且起着酸化的作用，磷酸进入原料的内部与原料的无机物生成磷酸盐，发挥润胀的作用，扩大炭微晶的距离，然后通过洗涤除去磷酸盐，因此可以得到发达的孔结构；另一方面，落叶粉末经磷酸浸渍后，在磷酸的强脱水作用和羟基消去作用下，落叶粉末炭中的氢和氧以水分子的形式脱除，因此落叶粉末中更多地保留了其中的碳素，制备得到活性炭的得率较高。
（7）阔叶树的落叶，如梧桐树落叶、泡桐树落叶和杨树落叶中富含大量碳素的纤维素、半纤维素和木质素等特殊结构的大分子物质，研究表明梧桐树叶粉含粗蛋白质19.32%、粗纤维11.11%、粗脂肪5.80%、淀粉及多54.83%，可以制作优质的有机肥料和燃料等，但利用效率比较低，因此，目前中原地区秋冬季节阔叶树的落叶多采用就地焚烧的处理方法，不仅热效率低，而且容易造成的火灾、空气污染等问题，本发明采用阔叶树落叶作为活性炭制备的原料，不仅可以解决秋冬季节落叶处理的问题，而且利用落叶这种廉价的生物质资源，制备出吸附性能良好的活性炭，实现变废为宝，产生较好的经济、环境和社会效益，是一种值得推广的技术。
附图说明
图1为实施例3制备的落叶活性炭的SEM扫描电镜图；
图2为实施例3制备的落叶活性炭的红外光谱图；
图3为实施例3制备的落叶活性炭的X-射线衍射图；
图4为实施例3制备的落叶活性炭的孔容及孔径的微分分布曲线图；
图5为实施例3制备的落叶活性炭的孔容及孔径的积分分布曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步说明。
实施例1
一种落叶活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将梧桐树的落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数为20%的磷酸溶液在40℃的条件下浸渍4h后烘干，得块状物料，其中落叶粉末与磷酸溶液的固液比为1：3 g/ mL；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为400℃，炭化时间为0.5h；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径为10mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为800℃，活化时间为30min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入3倍重量份的质量分数为7%的稀盐酸溶液，酸煮10h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭在35℃下干燥12h，干燥即得产品。
实施例2
一种落叶活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将杨树的落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数为40%的磷酸溶液在50℃的条件下浸渍2h后烘干，得块状物料，其中落叶粉末与磷酸溶液的固液比为1：7 g/ mL；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为600℃，炭化时间为1.5h ；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径为9mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为600℃，活化时间为60min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入7倍重量份的质量分数为7%的稀盐酸溶液，酸煮6h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭在45℃下干燥24h，干燥即得产品。
实施例3
一种落叶活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将泡桐树的落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数为30%的磷酸溶液在45℃的条件下浸渍3h后烘干，得块状物料，其中落叶粉末与磷酸溶液的固液比为1：5 g/ mL；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为500℃，炭化时间为1h；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径为6mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为700℃，活化时间为45min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入5倍重量份的质量分数为5%的稀盐酸溶液，酸煮8h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭在40℃下干燥18h，干燥即得产品。
实施例4
一种落叶活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将泡桐树的落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数30%的磷酸溶液在45℃的条件下浸渍3h的混合物，其中落叶粉末与磷酸溶液之间固液比为1： 5 g/ mL；然后将混合物在45℃下超声处理30 min后烘干，其中超声频率为30KHz，得到块状物料；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为500℃，炭化时间为1h；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径为6mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为700℃，活化时间为45min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入5倍重量份的质量分数为5%的稀盐酸溶液，酸煮8h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭在40℃下干燥18h，干燥即得产品。
实施例5
一种落叶活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将杨树的落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数35%的磷酸溶液在42℃的条件下浸渍4h的混合物，其中落叶粉末与磷酸溶液之间固液比为1：6 g/ mL，得到块状物料；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为450℃，炭化时间为0.5h ；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径为8mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为650℃，活化时间为40min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入6倍重量份的质量分数为4%的稀盐酸溶液，酸煮7h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭在43℃下干燥20h，干燥即得产品。
实施例6
1、一种落叶活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将杨树的落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数25%的磷酸溶液在47℃的条件下浸渍3.5h后烘干，其中落叶粉末与磷酸溶液之间固液比为1：4 g/ mL，得块状物料；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为550℃，炭化时间为1h；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径为9mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为750℃，活化时间为50min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入4倍重量份的质量分数为7%的稀盐酸溶液，酸煮9h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭在39℃下干燥16h，干燥即得产品。
对比例1
对比例1与实施例3基本相同，不同之处在于对比例1步骤（2）浸渍为：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数30%的氯化锌溶液在45℃的条件下浸渍3h后烘干，其中落叶粉末与氯化锌溶液之间固液比为1： 5 g/ mL，得块状物料；其他均与实施例3相同。
对比例2
对比例2与实施例3基本相同，不同之处在于对比例2步骤（3）炭化过程，用炭化炉在炭化温度为300℃，炭化时间1h条件下，将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其他均与实施例3相同。
对比例3
对比例3与实施例3基本相同，不同之处在于对比例3步骤（3）炭化过程，用炭化炉在炭化温度为700℃，炭化时间1h条件下，将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其他均与实施例3相同。
对比例4
对比例4与实施例3基本相同，不同之处在于对比例4步骤（5）活化过程，将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块在活化温度为500℃，活化时间为45min条件下活化为活性炭粗品，其他均与实施例3相同。
对比例5
对比例5与实施例3基本相同，不同之处在于对比例5步骤（5）活化过程，将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块在活化温度为900℃，活化时间为45min条件下活化为活性炭粗品，其他均与实施例3相同。
对比例6
对比例6与实施例3基本相同，不同之处在于对比例6中无步骤（6）酸洗过程，其他均与实施例3相同。
性能检测
按照GB/T 12496. 8-1999 ,GB/T 12496.10-1999 ,GB/T7702.21-1997分别测定实施例1-6和对比例1-6制备的落叶活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、比表面积，测试结果见表1。
对实施例3中制备的落叶活性炭进行SEM扫描电镜测试、红外光谱测试、X射线衍射测试和孔结构分布测试，分别得到了实施例3中落叶活性炭的SEM扫描电镜图（图1）、红外光谱图（图2）、X-射线衍射图（图3）、孔容及孔径的微分分布曲线（图4）、孔容及孔径的积分分布曲线图（图5）和落叶活性炭的微晶结构参数表（表2）。
结合表1，由实施例1-6可知，本发明制备的落叶活性炭由阔叶树的落叶经粉碎、磷酸浸渍、炭化、活化、酸洗、水洗和干燥后，制备的产品活性炭孔隙结构发达、内比表面积大，并且性能稳定，吸附能力强，并且落叶活性炭的碘吸附值为1853-1873 mg/g，亚甲基蓝吸附值为602-621 mg/g，比表面积高达1628.5-1645.3 m2/g，因此可将本发明的产品应用于军用防毒面具，香烟过滤嘴，空气净化器，自来水厂水处理，饮用水净化，解毒，治理放射元素污染，降低土壤中残留农药，调理土壤性能，治理室内甲醛，蔬菜保鲜等方面，具有很强的实用性。
结合表1，由实施例3和实施例4可知，实施例4的制备方法与实施例3基本相同，不同之处在于实施例4中在磷酸浸渍步骤之后，在45℃、频率30KHz条件下超声处理30min，结果发现实施例4制备的活性炭的碘吸附值等各项性能指标更加优异，这是利用超声波产生的强烈的空化效应和机械振动有效加快了磷酸进入落叶粉末间，有效增加了磷酸与落叶粉末之间的浸渍面积，因此浸渍效果更优，最后制备得到的落叶活性炭吸附性能更佳。
结合表1，由实施例3和对比例1可知，对比例1中活化的溶液采用质量分数为30%的氯化锌溶液，结果发现对比例1制备的落叶活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和比表面积的指标分别为1156 mg/g、 408 mg/g和1038.4 m2/g，远低于实施例3制备的落叶活性炭相应的各项指标，这说明磷酸活化法与氯化锌活化法相比，不仅具有污染少、容易回收的优点，并且制备得到的活性炭性能更加优异。这是源于磷酸在活化过程中同时脱水和酸化作用，并且磷酸可以进入落叶粉末的内部与落叶粉末中的无机物生成磷酸盐，发挥润胀的作用，进而扩大炭微晶的距离，再经过炭化、活化、酸洗和水洗，得到了发达的孔结构；另外，落叶粉末经磷酸浸渍后，在磷酸的强脱水作用和羟基消去作用下，落叶粉末炭中的氢和氧以水分子的形式脱除，落叶粉末中可以更多地保留了其中的碳素，得到得率更高的落叶活性炭。
结合表1，由实施例3和对比例2、对比例3可知，对比例2、对比例3的炭化温度分别为300℃、700℃，结果发现对比例2、对比例3制备的落叶活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和比表面积的指标均低于实施例3制备的产品的相应指标，这是由于当炭化温度为300℃时，温度过低不能使块状物料中氧化刻蚀成孔，而当温度为700℃时，又因为炭化温度过高，使得部分已经形成的孔被破坏，导致制备的活性炭比表面积减小，吸附性能降低。以上数据说明本发明的落叶活性炭制备时步骤（3）采用炭化温度400-600℃，炭化时间0.5-1.5h，经磷酸浸渍的块状落叶物料在400-600℃的温度下，协同具有耐高温抗氧化能力的磷酸炭结构，块状落叶物料的炭化反应历程发生改变，使块状落叶物料中部分无序碳氧化刻蚀成孔，在材料内部形成发达的微孔结构，从而有利于提高制备的活性炭的比表面积，因此本发明制备的活性炭碘吸附值为1853-1873 mg/g，亚甲基蓝吸附值为602-621 mg/g，比表面积达1628.5-1645.3 m2/g。
结合表1，由实施例3和对比例4、对比例5可知，对比例4、对比例5的活化温度分别为500℃、900℃，结果发现对比例4、对比例5制备的落叶活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和比表面积的指标均低于实施例3制备的产品的相应指标，这是因为当活化温度过低为500℃时，不足以提供足够的能量，使得H3P04脱水形成不同形式的Hn+2PnO3n+1，产生联结构物；而当温度过高为900℃时，又因能量过多，导致过多的炭质发生氧化生成二氧化碳源，导致制备的活性炭的吸附性能降低，以上数据说明本发明的落叶活性炭制备时步骤（5）采用活化温度600-800℃，活化时间为30-60min，不定型颗粒状炭块在600-800℃的活化温度下，保证足够的微孔转变成中孔，并且足够的H3P04脱水形成不同形式的Hn+2PnO3n+1，这些不同结构式的磷酸与木质纤维物质的反应更加强烈，形成不同形式的磷酸酯，增大交联结构物的产生，促进中孔形成，另一方面，选择活化时间为30-60min，避免了随着活化时间的延长，已成型的活性炭的孔隙结构部分坍塌，因此本发明的制备的落叶活性炭的比表面积及孔容大，吸附性能优良。
结合表1，由实施例3和对比例6可知，对比例6中无酸洗过程，结果发现对比例6制备的落叶活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和比表面积分别为1132 mg/g、417 mg/g和1639.1 m2/g，均低于实施例3制备的产品的相应指标，这说明本发明的落叶活性炭制备时加入3-7倍重量份的质量分数为3%-7%的稀盐酸溶液对活性炭粗品进行酸洗，一方面能够除去落叶活性炭在制备过程中难免带入的无机盐和金属氧化物等杂质，降低落叶活性炭的灰分，另一方面还能够起到轻微的破碎作用，提高活性炭的比表面积，增大活性炭的吸附性能。
图1为实施例3制备的落叶活性炭的SEM扫描电镜图，由图1可知，本发明实施例3制备的落叶活性炭表面形态比较粗糙，存在发达的、孔径大小不一的微孔及中孔，并且孔的形状多样，呈椭圆形，其中微孔是支配活性炭吸附性能的关键因素，而中孔对活性炭的吸附表现在输送通道和毛细凝聚作用，可提高活性炭吸附性能，从微观角度证实了本发明的落叶活性炭吸附性能优异。
图2为实施例3制备的落叶活性炭的红外光谱图，由图2可知，3441cm-1处的吸收峰对应于醇、酚的羟基O-H的伸缩振动，同时羟基的出现可能与水的存在有一定的关系；2918cm-1处的峰对应于饱和烃C-H(-CH2，-CH3)以及-CHO)伸缩振动；1796cm-1处的吸收峰对应于羰基CO的伸缩振动；1564 cm-1处的吸收峰为N-H变形振动、芳香环的CC或CO伸缩振动；1400 cm-1附近的吸收峰对应于芳香族骨架CC伸缩振动或异丙基(CH3)2CH-的伸缩振动；1091 cm-1处的峰表明可能存在N-H面外弯曲振动。通过分析可知，所制备的活性炭表面主要有醇、酚羟基、羧基、醚基、酯基等几种官能团，这些基团的存在，使活性炭不仅具有吸附能力，而且具有催化作用。
图3为实施例3制备的落叶活性炭的X-射线衍射图，从图3可以看出，在落叶活性炭的X-射线衍射图中，乱层石墨结构的微晶(002)晶面和(100) 晶面的衍射特征峰，(002) 晶面出现在2θ=23°左右，其衍射角减小，按照布拉格方程可知，其衍射晶面( 002) 面间距d(002)有所增大，说明落叶活性炭的乱层化程度增加，而其(100) 峰更平缓，呈弥散状，弱峰处于 2θ = 43°左右，其衍射角增大. 表明经过磷酸活化后的落叶活性炭，其类石墨微晶结构趋于乱层化，微晶尺寸较小，碳结构出现无序化，使落叶活性炭表面的活性增强，从而形成较发达的孔隙结构，使吸附能力增强。同时，这种变化有利于在产品的应用中保持其相对稳定的性质，可以在吸附饱和后进行脱附处理，可以反复使用，延长产品的使用寿命，降低应用成本。
图4为实施例3制备的落叶活性炭的孔容及孔径的微分分布曲线图，图5为实施例3制备的落叶活性炭的孔容及孔径的积分分布曲线图，由图4、图5和表2可知，活性炭样品的最可几孔径均处于中孔范围内，说明本发明制备的落叶活性炭具有很好的吸附性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种落叶活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）粉碎：将落叶用水清洗，除去杂质，烘干后用植物组织粉碎机粉碎后得落叶粉末；
（2）浸渍：将步骤（1）中的落叶粉末用质量分数为20%-40%的磷酸溶液浸渍2-4h后烘干，得块状物料，其中落叶粉末与磷酸溶液的固液比为1：（3-7）g/ mL；
（3）炭化：将步骤（2）中的块状物料炭化为炭块，其中炭化温度为400-600℃，炭化时间为0.5-1.5h；
（4）破碎：将冷却后的炭块破碎至粒径≤10mm，得不定型颗粒状炭块；
（5）活化：将步骤（4）中的不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品，其中活化温度为600-800℃，活化时间为30-60min；
（6）酸洗：以活性炭粗品质量计，加入3-7倍重量份的质量分数为3%-7%的盐酸溶液，酸煮6-10h，过滤得酸洗后的活性炭；
（7）水洗：用100℃的水将步骤（6）中酸洗后的活性炭水洗至中性，得水洗后的活性炭；
（8）干燥：将步骤（7）中水洗后的活性炭干燥即得产品。
2.根据权利要求1所述的落叶活性炭的制备方法，其特征在于：所述落叶为阔叶树种的落叶。
3.根据权利要求1所述的落叶活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中烘干温度为40-50℃。
4.根据权利要求1所述的落叶活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中浸渍温度为40-50℃。
5.根据权利要求1所述的落叶活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（8）中干燥的条件为35-45℃下干燥12-24h。
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