CN107758662B

CN107758662B - 一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法

Info

Publication number: CN107758662B
Application number: CN201710936248.2A
Authority: CN
Inventors: 李大伟; 田原宇
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2019-08-20
Anticipated expiration: 2037-10-10
Also published as: CN107758662A

Abstract

本发明涉及一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法。该方法具体包括：将在相同条件、加热不同时间的多个含磷酸生物质样品2~5g冷却，经洗涤、干燥、称量，获得它们的洗损率，据此确定最终取用的活化时间，即：当样品洗损率差别≥0.3%时，最终在生产过程中取用洗损率较大样品的活化时间，而当洗损率差别＜0.3%时，最终取用活化时间较短样品的活化时间。本发明所述的方法可用于准确确定制备孔结构发达活性炭所需的活化时间；且在确定过程中，无需耗用有毒或较贵的试剂，无需使用昂贵的分析设备，减少了人员危害、环境污染及分析成本；同时在获得活性炭时，可立即对活化时间的优劣进行比较，几乎不耗用额外分析时间。

Description

一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法

技术领域

本发明涉及一种活性炭工艺参数的确定方法，属于活性炭技术领域；具体涉及一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法。

背景技术

磷酸活化法因具有活化温度低、产率高、所得材料孔结构发达等优势，成为制备生物质基活性炭的常用方法；而活化时间是该方法的重要工艺参数之一。

为了确定较佳的活化时间，需要分析活性炭的性能指标，如碘值、亚甲基蓝值、四氯化碳值、苯值、比表面积、总孔容、微孔孔容、孔分布；根据这些性能指标的高低可确定较佳的活化时间。然而，获取上述性能指标，需消耗有毒或较贵的试剂，如碘、碘化钾、四氯化碳、苯，或需用贵重的分析仪器，如紫外可见光分光光度计、比表面积及孔结构分析仪，或需要较长的分析时间。

这些问题的存在，不仅使分析过程排放出有毒有害物质，危害着人员健康及环境安全，还使分析过程消耗了大量宝贵时间，不利于生产效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单的分析方法，用于确定制备磷酸法活性炭所取用的活化时间，即最佳活化时间。

本发明的技术方案为：将在相同条件加热不同时间的多个含磷酸生物质样品2~5g冷却，获得它们的洗损率，再根据洗损率的大小确定较佳活化时间，即：当样品洗损率差别≥0.3%时，将洗损率较大样品的活化时间视为较佳活化时间，即为生产过程中最终取用的活化时间；而当洗损率差别＜0.3%时，将活化时间较短样品的活化时间视为较佳活化时间，即为生产过程中最终取用的活化时间。

上述洗损率的获得方法为，先将2~5g被加热到活化温度的含磷酸生物质在惰气下冷却到室温，将其称重获得质量m1（精确到0.001g），再用蒸馏水反复洗涤该样品至洗液的pH值在6.5~7.0之间，接着于120~140℃鼓风干燥至恒重，称量获得质量m2（精确到0.001g），最后利用公式（1-m2/m1）×100%得到洗损率。

上述较佳活化时间，是指采用该活化时间制备的样品，其碘值、比表面积比相同条件下其它活化时间样品的相应值高，或者虽然接近但所取用的较佳活化时间短于其它活化时间。

上述的相同条件，是指活化温度和浸渍比（纯磷酸与干基生物质的质量比）均相同，且二者分别在300~600℃、0.5:1~3:1的范围内。

与现有磷酸法活性炭较佳活化时间的确定方法相比，本发明的优点是：1）可准确确定制备孔结构发达的活性炭所需的活化时间；2）无需耗用有毒有害的试剂，减少了人员危害及环境污染； 3）无需使用较贵的设备或试剂，降低了分析成本；4）在获得活性炭时立即可对活化时间的优劣进行比较，几乎不耗用额外分析时间。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步说明，但不用于限制本发明。

实施例1

将50g杨木屑与浓度为58wt%的磷酸溶液按1:1的浸渍比均匀混合，在静置10h后，于氮气保护下以10℃/min的升温速率加热到300℃，开始计时。当活化时间为30min时，通过取样器在氮气保护下取出≥2.4g的样品并冷却到室温。接着，用天平称取样品2.000g（即m1），用去离子水反复洗涤样品直到洗液的pH值为6.6。将洗涤后的样品在鼓风干燥箱中于130℃干燥5h至恒重，然后于干燥皿中冷却，称量得知该样品为0.403g（即m2）。由公式（1-m2/m1）×100%得知，该样品洗损率为79.9%。再次应用上述方法，得知活化时间为60min、90min样品的洗损率分别为78.2%、76.8%。比较这三个样品的洗损率可知，活化时间为30min样品的洗损率最高，且比其它样品均高出0.3%，因此视30min为较佳活化时间，并将其确定为生产过程最终取用的活化时间。

为了验证上述确定方法的可靠性，利用比表面积及孔径分析仪测试这三个样品的比表面积，得知活化时间为30min、60min、90min的样品的比表面积分别为1273m²/g、1100m²/g、907m²/g。可见，比表面积最高的样品对应的活化时间是30min，这与洗损率法确定的较佳活化时间完全一致。

实施例2

将100g核桃壳粉与浓度为50wt%的磷酸溶液按2:1的浸渍比均匀混合，在静置10h后，于氮气保护下以8℃/min的升温速率加热到600℃，开始计时。当活化时间为30min时，通过取样器在氮气保护下取出≥7g的样品并冷却到室温。接着，用天平称取样品4.000g（即m1），用去离子水反复洗涤样品直到洗液的pH值为6.5。将洗涤后的样品在鼓风干燥箱中于130℃干燥5h至恒重，然后于干燥皿中冷却，称量得知该样品为0.820g（即m2）。由公式（1-m2/m1）×100%得知，该样品洗损率为79.5%。再次应用上述方法，得知活化时间为50min、100min样品的洗损率分别为79.7%、77.3%。比较这三个样品的洗损率可知，活化时间为30min、50min样品的洗损率较高，但二者的差别低于0.3%；由于30min<50min，故将30min视为较佳活化时间，并将其确定为生产过程中最终取用的活化时间。

为了验证上述确定方法的可靠性，利用国标GB/T 12496.8-2015测试这三个样品的碘值，得知活化时间为30min、50min、100min样品的碘值分别为963mg/g、977mg/g、899mg/g。可见，活化时间为30min和50min样品的碘值较高，但二者接近；由于30min的活化时间更短，故将30min视为较佳活化时间，这与洗损率法确定的较佳活化时间一致。

实施例3

将40g杨木屑与浓度为45wt%的磷酸溶液按1.2:1的浸渍比均匀混合，在静置10h后，于氮气保护下以10℃/min的升温速率加热到300℃，开始计时。当活化时间为30min时，通过取样器在氮气保护下取出≥2.4g的样品并冷却到室温。接着，用天平称取样品2.000g（即m1），用去离子水反复洗涤样品直到洗液的pH值为6.6。将洗涤后的样品在鼓风干燥箱中于130℃干燥5h到恒重，然后于干燥皿中冷却，称量得知该样品为0.380g（即m2）。由公式（1-m2/m1）×100%得知，该样品洗损率为81.0%。再次应用上述方法，得知活化时间为60min、90min样品的洗损率分别为81.4%、80.8%。比较这三个样品的洗损率可知，活化时间为60min样品的洗损率最高，且比其它样品均高出0.3%，因此将60min视为较佳活化时间，并将其确定为生产过程中最终取用的活化时间。

为了验证上述确定方法的可靠性，利用国标GB/T 12496.8-2015测试这三个样品的碘值，得知活化时间为30min、60min、90min样品的碘值分别为1090mg/g、1220mg/g、996mg/g。可见，碘值最高的样品对应的活化时间是60min，这与洗损率法确定的较佳活化时间完全一致。

实施例4

将30g核桃壳粉与浓度为50wt%的磷酸溶液按1.6:1的浸渍比均匀混合，在静置10h后，于氮气保护下以8℃/min的升温速率加热到500℃，开始计时。当活化时间为30min时，通过取样器在氮气保护下取出≥6g的样品并冷却到室温。接着，用天平称取样品4.000g（即m1），用去离子水反复洗涤样品直到洗液的pH值为6.5。将洗涤后的样品在鼓风干燥箱中于130℃干燥5h到恒重，然后于干燥皿中冷却，称量得知该样品为0.640g（即m2）。由公式（1-m2/m1）×100%得知，该样品洗损率为84.0%。再次应用上述方法，得知活化时间为50min、100min样品的洗损率分别为84.2%、82.3%。比较这三个样品的洗损率可知，活化时间为30min、50min样品的洗损率较高，但二者的差别低于0.3%；由于30min<50min，故将30min视为较佳活化时间，并将其确定为生产过程中最终取用的活化时间。

为了验证上述确定方法的可靠性，利用比表面积及孔径分析仪测试这三个样品的比表面积。得知活化时间为30min、50min、100min样品的比表面积分别为1508m²/g、1519m²/g、1308m²/g。可见，活化时间为30min和50min样品的比表面积较高，但二者接近；因30min的活化时间更短，故视30min为较佳活化时间，这与洗损率法确定的较佳活化时间相一致。

Claims

1.一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法，将在相同条件、加热不同时间的多个含磷酸生物质样品2~5g冷却，获得它们的洗损率；所述洗损率的计算方法如下：先将2~5g被加热到活化温度的含磷酸生物质在惰性气氛下冷却至室温，将其称重获得质量m1；再用蒸馏水反复洗涤该样品至洗液的pH值在6.5~7.0之间，接着于120~140℃鼓风干燥至恒重，并称量获得质量m2，最后利用公式（1-m2/m1）×100%即可得到洗损率；比较所有样品的洗损率，当样品洗损率差别≥0.3%时，选择洗损率较大样品的活化时间为生产过程中最终取用的活化时间，而当洗损率差别＜0.3%时，选择活化时间较短样品的活化时间为生产过程中最终取用的活化时间。

2.根据权利要求1所述的一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法，其特征在于，所述相同条件，是指活化温度和浸渍比均相同。

3.根据权利要求2所述的一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法，其特征在于，所述活化温度满足300~600℃的范围。

4.根据权利要求2所述的一种磷酸法活性炭活化时间的确定方法，其特征在于，所述浸渍比是指纯磷酸与干基生物质的质量比，且满足0.5:1~3.0:1的范围。