CN107879342B - 一种高吸附型多孔活性炭的制备方法 - Google Patents

一种高吸附型多孔活性炭的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及活性炭制备技术领域,具体涉及一种高吸附型多孔活性炭的制备方法。本发明对柚子皮进行改性,提高柚子皮的吸附性,再利用有机酸和金属离子对核桃壳进行改性,金属以离子的形式负载于活性炭表面,在活性炭和吸附对象之间形成化学作用力,增强活性炭对吸附质的吸附能力,通过对过筛混合粉末进一步酶解、炭化和活化制备得到高吸附活性炭,使得内部孔隙不断增多,不断形成微孔,随着活化温度升高,有利于活性炭的吸附性得到提高,继续加入硼酸、柠檬酸钠和糖精,对活性炭的炭体结构起到一定的保护作用并能够増加活性炭的孔隙率,进一步提高活性炭的吸附性,既经济又环保,具有广泛的使用前景。

Description

一种高吸附型多孔活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及活性炭制备技术领域,具体涉及一种高吸附型多孔活性炭的制备方法。
背景技术
近年来随着经济的发展,制造业的大量新起,在加上环保投资力度的不够,导致了大量工业有机废气的排放,使得大气环境质量下降,给人体健康来严重危害,给国民经济造成巨大损失,因此,需要加大对有机废气的处理。
活性炭是一种具有发达的空隙结构,巨大的比表面积和优良的吸附性能的含碳物质,是以非晶形为主的含碳材料。活性炭的化学性质稳定,具有耐酸、耐碱、耐高温等特点,且不溶于水和有机溶剂,既可在气相中使用,也可以在液相中使用,还可以再生循环利用。己广泛应用于医疗卫生、食品加工、交通能源、农业、环境保护、电子、化学工业、湿法冶金和军事化学防护等各个领域,成为人们日常生活和国防建设以及国民经济必不可少的重要产品。
目前我国生产活性炭的原料主要是煤、木屑以及果壳和果核等,它是利用原料通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。木质活性炭中孔发达,吸附效果好,但成型后强度不足,使用寿命短,成本较高,制备过程复杂,不利于环境可持续发展。而常规方法生产的煤质活性炭中孔少,吸附脱附效果差。
因此,亟待制备出一种孔隙发达、吸附性能好、强度高、易再生、经济耐用且不含对人体有害成分的活性炭。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对目前常规方法生产的煤质活性炭中孔少,吸附量低,脱附效果差的缺陷,提供了一种高吸附型多孔活性炭的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
一种高吸附型多孔活性炭的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)称取35~45g柚子皮放入烧杯中,用去离子水冲洗柚子皮3~5遍,再放入烘箱中烘干,取出研磨粉碎,得到柚子皮颗粒,将柚子皮颗粒和氢氧化钠溶液混合搅拌后,取出抽滤,去除滤液,得到改性柚子皮颗粒,备用;
(2)称取20~30g核桃壳放入烘箱中干燥,去除核桃壳中的水分,得到干燥后的核桃壳,再将硫酸铜溶液、柠檬酸溶液和去离子水混合搅拌,得到自制混合液,将干燥后的核桃壳倒入干燥后的核桃壳质量2~4倍的自制混合液中浸泡后,过滤,去除含有金属离子的滤液,得到酸化核桃壳,备用;
(3)按等质量比将改性柚子皮颗粒和酸化核桃壳混合研磨粉碎后过100目筛,收集过筛混合粉末,将过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶混合置于容器中,密封酶解,去除杂质,收集酶解后的过筛混合粉末,即为自制酶解粉末;
(4)将自制酶解粉末放入窑炉中,在氮气保护下炭化,得到炭化酶解粉末,将炭化酶解粉末、氢氧化钾和硼酸溶液混合置于搅拌机中搅拌,得到搅拌物,将搅拌物放入带有搅拌物质量3%的柠檬酸钠和搅拌物质量5%的糖精的马弗炉中,在温度为260~360℃下继续搅拌活化,自然冷却至室温,干燥出料,即可制得高吸附型多孔活性炭。
步骤(1)所述的烘干温度为60~80℃,烘干时间为10~12min,柚子皮颗粒和质量分数为15%的氢氧化钠溶液的质量比为1:3,搅拌时间为18~24min。
步骤(2)所述的干燥温度为95~105℃,干燥时间为1~2h,硫酸铜溶液、质量分数为20%的柠檬酸溶液和去离子水的体积比为3:2:1,搅拌时间为7~9min,浸泡温度为24~36℃,浸泡时间为2~4h。
步骤(3)所述的研磨粉碎时间为5~7min,过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶的质量比为4:1:3,酶解温度为36~42℃,酶解时间为3~5h。
步骤(4)所述的炭化温度为180~200℃,炭化时间为1~2h,炭化酶解粉末、氢氧化钾和质量分数为10%的硼酸溶液的质量比为1:2:1,搅拌时间为12~16min,活化温度为260~360℃,活化时间为1~3h。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明利用碱性溶液对柚子皮进行改性,有利于细胞壁表面角质和蜡质层的去除,以及纤维素的结晶和聚合程度降低,破坏结合层,增加有效的比表面积,有利于柚子皮的吸附性得到提高,又由于碱性溶液能够破坏纤维素之间的化学键,使皮质结构变得疏松,增加其吸附性能,由此制成活性炭,能够提高活性炭的吸附性,再利用有机酸和金属离子对核桃壳进行改性处理,由于金属以离子的形式负载于活性炭表面,这个过程通常要借助活性炭本身的多孔结构,再结合活性炭的还原功能,还原吸附在活性炭表面和孔道内的的金属离子,并通过金属或金属离子因为电子转移或者共价所产生的化学键,在活性炭和吸附对象之间形成化学作用力,增强活性炭对吸附质的吸附能力;
(2)本发明通过对过筛混合粉末进一步酶解、炭化和活化制备得到高吸附活性炭,由于在酶解过程中,蜗牛酶对过筛混合粉末不断地酶解,使过筛混合粉末内部孔隙不断增多,以及生物质分子在炭化反应过程中大量的分解,不断形成微孔,生成水蒸气和二氧化碳等大量气体,并起到物理活化的作用,随着活化温度继续升高,生物和有机物也继续分解,酸性溶液的强腐蚀性对炭体结构进一步氧化,不断侵蚀炭体而造孔,有利于活性炭的吸附性得到提高,继续加入硼酸、柠檬酸钠和糖精,由于硼酸的加入对活性炭的炭体结构起到一定的保护作用和柠檬酸钠能够増加活性炭的孔隙率,而糖精能够促进活性炭结晶的形成和保护炭体结构,进一步提高活性炭的吸附性,既经济又环保,具有广泛的使用前景。
具体实施方式
称取35~45g柚子皮放入烧杯中,用去离子水冲洗柚子皮3~5遍,再放入60~80℃的烘箱中烘干10~12min,取出研磨粉碎,得到柚子皮颗粒,按质量比为1:3将柚子皮颗粒和质量分数为15%的氢氧化钠溶液混合搅拌18~24min后,取出抽滤,去除滤液,得到改性柚子皮颗粒,备用,称取20~30g核桃壳放入95~105℃的烘箱中干燥1~2h,去除核桃壳中的水分,得到干燥后的核桃壳,再按体积比为3:2:1将硫酸铜溶液、质量分数为20%的柠檬酸溶液和去离子水混合搅拌7~9min,得到自制混合液,将干燥后的核桃壳倒入干燥后的核桃壳质量2~4倍的自制混合液中,在温度为24~36℃下浸泡2~4h后,过滤,去除含有金属离子的滤液,得到酸化核桃壳,备用,按等质量比将改性柚子皮颗粒和酸化核桃壳混合研磨粉碎5~7min后过100目筛,收集过筛混合粉末,按质量比为4:1:3将过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶混合置于容器中,在温度为36~42℃下密封酶解3~5h,去除杂质,收集酶解后的过筛混合粉末,即为自制酶解粉末,将自制酶解粉末放入180~200℃的窑炉中,在氮气保护下炭化1~2h,得到炭化酶解粉末,按质量比为1:2:1将炭化酶解粉末、氢氧化钾和质量分数为10%的硼酸溶液混合置于搅拌机中搅拌12~16min,得到搅拌物,将搅拌物放入带有搅拌物质量3%的柠檬酸钠和搅拌物质量5%的糖精的马弗炉中,在温度为260~360℃下继续搅拌活化1~3h,自然冷却至室温,干燥出料,即可制得高吸附型多孔活性炭。
实例1
称取35g柚子皮放入烧杯中,用去离子水冲洗柚子皮3遍,再放入60℃的烘箱中烘干10min,取出研磨粉碎,得到柚子皮颗粒,按质量比为1:3将柚子皮颗粒和质量分数为15%的氢氧化钠溶液混合搅拌18min后,取出抽滤,去除滤液,得到改性柚子皮颗粒,备用,称取20g核桃壳放入95℃的烘箱中干燥1h,去除核桃壳中的水分,得到干燥后的核桃壳,再按体积比为3:2:1将硫酸铜溶液、质量分数为20%的柠檬酸溶液和去离子水混合搅拌7min,得到自制混合液,将干燥后的核桃壳倒入干燥后的核桃壳质量2倍的自制混合液中,在温度为24℃下浸泡2h后,过滤,去除含有金属离子的滤液,得到酸化核桃壳,备用,按等质量比将改性柚子皮颗粒和酸化核桃壳混合研磨粉碎5min后过100目筛,收集过筛混合粉末,按质量比为4:1:3将过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶混合置于容器中,在温度为36℃下密封酶解3h,去除杂质,收集酶解后的过筛混合粉末,即为自制酶解粉末,将自制酶解粉末放入180℃的窑炉中,在氮气保护下炭化1h,得到炭化酶解粉末,按质量比为1:2:1将炭化酶解粉末、氢氧化钾和质量分数为10%的硼酸溶液混合置于搅拌机中搅拌12min,得到搅拌物,将搅拌物放入带有搅拌物质量3%的柠檬酸钠和搅拌物质量5%的糖精的马弗炉中,在温度为260℃下继续搅拌活化1h,自然冷却至室温,干燥出料,即可制得高吸附型多孔活性炭。
实例2
称取40g柚子皮放入烧杯中,用去离子水冲洗柚子皮4遍,再放入70℃的烘箱中烘干11min,取出研磨粉碎,得到柚子皮颗粒,按质量比为1:3将柚子皮颗粒和质量分数为15%的氢氧化钠溶液混合搅拌21min后,取出抽滤,去除滤液,得到改性柚子皮颗粒,备用,称取25g核桃壳放入100℃的烘箱中干燥1.5h,去除核桃壳中的水分,得到干燥后的核桃壳,再按体积比为3:2:1将硫酸铜溶液、质量分数为20%的柠檬酸溶液和去离子水混合搅拌8min,得到自制混合液,将干燥后的核桃壳倒入干燥后的核桃壳质量3倍的自制混合液中,在温度为30℃下浸泡3h后,过滤,去除含有金属离子的滤液,得到酸化核桃壳,备用,按等质量比将改性柚子皮颗粒和酸化核桃壳混合研磨粉碎6min后过100目筛,收集过筛混合粉末,按质量比为4:1:3将过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶混合置于容器中,在温度为39℃下密封酶解4h,去除杂质,收集酶解后的过筛混合粉末,即为自制酶解粉末,将自制酶解粉末放入190℃的窑炉中,在氮气保护下炭化1.5h,得到炭化酶解粉末,按质量比为1:2:1将炭化酶解粉末、氢氧化钾和质量分数为10%的硼酸溶液混合置于搅拌机中搅拌14min,得到搅拌物,将搅拌物放入带有搅拌物质量3%的柠檬酸钠和搅拌物质量5%的糖精的马弗炉中,在温度为310℃下继续搅拌活化2h,自然冷却至室温,干燥出料,即可制得高吸附型多孔活性炭。
实例3
称取45g柚子皮放入烧杯中,用去离子水冲洗柚子皮5遍,再放入80℃的烘箱中烘干12min,取出研磨粉碎,得到柚子皮颗粒,按质量比为1:3将柚子皮颗粒和质量分数为15%的氢氧化钠溶液混合搅拌24min后,取出抽滤,去除滤液,得到改性柚子皮颗粒,备用,称取30g核桃壳放入105℃的烘箱中干燥2h,去除核桃壳中的水分,得到干燥后的核桃壳,再按体积比为3:2:1将硫酸铜溶液、质量分数为20%的柠檬酸溶液和去离子水混合搅拌9min,得到自制混合液,将干燥后的核桃壳倒入干燥后的核桃壳质量4倍的自制混合液中,在温度为36℃下浸泡4h后,过滤,去除含有金属离子的滤液,得到酸化核桃壳,备用,按等质量比将改性柚子皮颗粒和酸化核桃壳混合研磨粉碎7min后过100目筛,收集过筛混合粉末,按质量比为4:1:3将过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶混合置于容器中,在温度为42℃下密封酶解5h,去除杂质,收集酶解后的过筛混合粉末,即为自制酶解粉末,将自制酶解粉末放入200℃的窑炉中,在氮气保护下炭化2h,得到炭化酶解粉末,按质量比为1:2:1将炭化酶解粉末、氢氧化钾和质量分数为10%的硼酸溶液混合置于搅拌机中搅拌16min,得到搅拌物,将搅拌物放入带有搅拌物质量3%的柠檬酸钠和搅拌物质量5%的糖精的马弗炉中,在温度为360℃下继续搅拌活化3h,自然冷却至室温,干燥出料,即可制得高吸附型多孔活性炭。
对比例
以石家庄市某公司生产的活性炭作为对比例 对本发明制得的高吸附型多孔活性炭和对比例中的活性炭进行检测,检测结果如表1所示: 1、测试方法
检测指标采用国家木质活性炭检测标准GB/T12496标准执行。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1数据可知,本发明制得的高吸附型多孔活性炭,孔隙发达、比表面积大、吸附力强、环保无污染。因此,具有广阔的使用前景。

Claims (5)

1.一种高吸附型多孔活性炭的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)称取35~45g柚子皮放入烧杯中,用去离子水冲洗柚子皮3~5遍,再放入烘箱中烘干,取出研磨粉碎,得到柚子皮颗粒,将柚子皮颗粒和氢氧化钠溶液混合搅拌后,取出抽滤,去除滤液,得到改性柚子皮颗粒,备用;
(2)称取20~30g核桃壳放入烘箱中干燥,去除核桃壳中的水分,得到干燥后的核桃壳,再将硫酸铜溶液、柠檬酸溶液和去离子水混合搅拌,得到自制混合液,将干燥后的核桃壳倒入干燥后的核桃壳质量2~4倍的自制混合液中浸泡后,过滤,去除含有金属离子的滤液,得到酸化核桃壳,备用;
(3)按等质量比将改性柚子皮颗粒和酸化核桃壳混合研磨粉碎后过100目筛,收集过筛混合粉末,将过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶混合置于容器中,密封酶解,去除杂质,收集酶解后的过筛混合粉末,即为自制酶解粉末;
(4)将自制酶解粉末放入窑炉中,在氮气保护下炭化,得到炭化酶解粉末,将炭化酶解粉末、氢氧化钾和硼酸溶液混合置于搅拌机中搅拌,得到搅拌物,将搅拌物放入带有搅拌物质量3%的柠檬酸钠和搅拌物质量5%的糖精的马弗炉中,在温度为260~360℃下继续搅拌活化,自然冷却至室温,干燥出料,即可制得高吸附型多孔活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种高吸附型多孔活性炭的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的烘干温度为60~80℃,烘干时间为10~12min,柚子皮颗粒和质量分数为15%的氢氧化钠溶液的质量比为1:3,搅拌时间为18~24min。
3.根据权利要求1所述的一种高吸附型多孔活性炭的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的干燥温度为95~105℃,干燥时间为1~2h,硫酸铜溶液、质量分数为20%的柠檬酸溶液和去离子水的体积比为3:2:1,搅拌时间为7~9min,浸泡温度为24~36℃,浸泡时间为2~4h。
4.根据权利要求1所述的一种高吸附型多孔活性炭的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述的研磨粉碎时间为5~7min,过筛混合粉末、去离子水和蜗牛酶的质量比为4:1:3,酶解温度为36~42℃,酶解时间为3~5h。
5.根据权利要求1所述的一种高吸附型多孔活性炭的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述的炭化温度为180~200℃,炭化时间为1~2h,炭化酶解粉末、氢氧化钾和质量分数为10%的硼酸溶液的质量比为1:2:1,搅拌时间为12~16min,活化温度为260~360℃,活化时间为1~3h。
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Effective date of registration: 20180423

Address after: 213000 room 402, unit 12, Baiyun New Village, Zhong Lou District, Changzhou, Jiangsu.

Applicant after: Zhao Jianping

Address before: 213164 A 1108, Tianrun science and technology building, 801 Changwu Middle Road, Wujin District, Changzhou, Jiangsu.

Applicant before: Changzhou Yahuan Environmental Protection Technology Co., Ltd.

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Inventor after: Yang Jinbei

Inventor after: Ding Shengping

Inventor after: An Yuanpei

Inventor after: Gu Youbao

Inventor after: Yang Yasheng

Inventor after: Zhang Jianchu

Inventor before: Gu Youbao

Inventor before: Yang Yasheng

Inventor before: Zhang Jianchu

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Effective date of registration: 20201123

Address after: No.24, Taisha Road, Taisha Industrial Park, Pingluo County, Shizuishan City, Ningxia Hui Autonomous Region

Applicant after: NINGXIA PURESTAR ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 213000 room 402, unit 12, Baiyun New Village, Zhong Lou District, Changzhou, Jiangsu.

Applicant before: Zhao Jianping

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