CN108439404A - 一种基于碳酸钾法制备饮料茶渣活性炭的方法及其产品和应用 - Google Patents

一种基于碳酸钾法制备饮料茶渣活性炭的方法及其产品和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于碳酸钾法制备饮料茶渣活性炭的方法及其产品和应用，采用碳酸钾作为活化剂，首先对茶渣进行烘干、粉碎以及烘干至恒重的预处理操作；其次与碳酸钾活化剂混合均匀后浸渍，接下来对其进行炭化活化、抽滤、洗涤和干燥等后处理操作，得到茶渣活性炭；制备工艺流程简单，操作方便，制备的活性炭表面有发达的空隙结构，表面光滑，孔形状为排列整齐的蜂窝状结构，作为吸附剂的碘吸附值达到931.93mg·g‑1，接近于国家一级活性炭对碘吸附值的要求标准1000mg·g‑1。

Description

一种基于碳酸钾法制备饮料茶渣活性炭的方法及其产品和 应用
技术领域
本发明属于产品加工废弃物再利用领域，具体涉及一种基于碳酸钾法制备饮料茶渣活性炭的方法及其产品和应用。
背景技术
近几年，我国茶饮消费市场的发展迅速，且茶饮种类丰富多彩，以每年30％的速度增长。如何将废弃茶渣资源化再利用，进一步提升茶叶的经济效益，成为茶产业界关注的焦点。茶叶网状结构、多孔、表面积较大，广泛应用甲醛等气体吸附。且茶叶中含有大量多酚类物质，具有活性羟基，可使多种重金属离子沉淀或使金属离子吸附其上。以此为基础拓展其加工茶渣的功能，经工艺加工之后茶渣中仍有大量有机质、木质纤维素类物质，是较好的生物炭原料。由生物炭活化或表面改性，所得到的活性炭比一般传统活性炭具有更高的应用能力。将其应用于饮料茶生产企业生产的废渣再利用处理，可以减少资源浪费和环境污染。所得到的新型吸附剂可用于水体净化、空气净化等方面，实现饮料茶渣资源化利用，保护环境的目的。因此有必对茶渣进行废弃物再利用的研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于碳酸钾法制备饮料茶渣活性炭的方法，简单易操作；本发明的目的之二在于提供一种茶渣活性炭，具有大的比表面积；本发明的目的之三在于提供由碳酸钾法制备得到的茶渣活性炭的作为吸附剂的应用，具有较高的碘吸附值。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，采用碳酸钾作为活化剂。
优选的，所述方法包括以下步骤：
(1)预处理：将茶渣烘干、粉碎后放入鼓风干燥箱中烘至恒重；
(2)浸渍处理：将碳酸钾活化剂与预处理后的茶渣以1:1～2.5的质量比混合，搅拌均匀，18～25℃下浸渍8～14h；
(3)炭化活化：将(2)中浸渍了碳酸钾活化剂的茶渣放入坩埚后移至炭化炉中，以10℃/min的升温速率升温至450～700℃进行炭化活化，1～2.5h后取出冷却至室温；
(4)洗涤及干燥：将(3)中炭化活化的产物倒入甲醇中混合均匀，抽滤，用体积比为1:9的甲醇与水组成的甲醇水溶液反复冲洗抽滤得到的固体至洗液的pH为6～8，将固体干燥、粉碎得到茶渣活性炭，放入干燥器内备用。
优选的，步骤(1)所述茶渣来源于饮料茶生产过程中的末端废弃物。
优选的，步骤(1)所述粉碎的程度为能够通过40目的筛网。
优选的，步骤(1)所述鼓风干燥箱的温度为60℃。
优选的，步骤(4)所述干燥的温度为100℃。
优选的，步骤(4)所述粉碎的程度为能够通过200目的筛网。
2、所述方法制备的茶渣活性炭。
3、所述茶渣活性炭作为吸附剂的应用。
本发明的有益效果在于：提供一种制备工艺简单的茶渣活性炭的制备方法，采用茶渣为原料，成本低廉，可以促进废弃茶渣资源化再利用，进一步提升茶叶的经济效益，制备得到的茶渣活性炭颗粒呈现网状结构且分布均匀、中孔较多、微孔不明显，具有大的比表面积，碘吸附性能优良，吸附值达到900mg·g-1以上，基本接近国家一级活性炭对碘吸附值的要求标准1000mg.g-1。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1为残渣活性炭制备工艺流程图。
图2为饮料茶渣在不同放大倍数下的扫描电镜图(a图：Mag＝5.00KX；b图：Mag＝10.00KX；c图：Mag＝20.00KX)。
图3为制备的茶渣活性炭在不同放大倍数下的扫描电镜图(a图：Mag＝5.00KX；b图：Mag＝10.00KX；c图：Mag＝40.00KX)。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
饮料茶渣活性炭的制备：1)原料预处理：将取自饮料茶生产的末端废弃物的茶渣烘干，粉碎至粒径小于0.38mm，过40目筛网后放入鼓风干燥箱中保持60℃烘至恒重；2)浸渍处理：将恒重后的茶渣与活化剂按照质量比1:1剂混合，搅拌均匀，在室温下浸渍14h；3)炭化活化：将上述混合物放入坩埚中并移至炭化炉中，以10℃/min的升温速率升温至600℃进行炭化活化1.5h后取出冷却至室温；4)洗涤及干燥：将步骤3)得到的样品倒入甲醇溶液中混合均匀，抽滤，用体积比为1:9的甲醇与水组成的甲醇水溶液反复冲洗抽滤得到的固体，直到冲洗后的液体的pH为6～8，在100℃下干燥，粉碎至200目，得到茶渣活性炭，放入干燥器内备用，制备过程如图1所示。
实施例2
饮料茶渣活性炭的制备：1)原料预处理：将取自饮料中试生产的末端废弃物的茶渣烘干，粉碎至粒径小于0.38mm，过40目筛网后放入鼓风干燥箱中保持60℃烘至恒重；2)浸渍处理：将恒重后的茶渣与活化剂按照质量比1:1.5剂混合，搅拌均匀，在室温下浸渍12h；3)炭化活化：将上述混合物放入坩埚中并移至炭化炉中，以10℃/min的升温速率升温至.450℃进行炭化活化2.5h后取出冷至室温；4)洗涤及干燥：将步骤3)得到的样品倒入甲醇溶液中混合均匀，抽滤，用体积比为1:9的甲醇与水组成的甲醇水溶液反复冲洗抽滤得到的固体，直到冲洗后的液体的pH为6～8，在100℃下干燥，粉碎至200目，得到茶渣活性炭，放入干燥器内备用。
实施例3
饮料茶渣活性炭的制备：1)原料预处理：将取自饮料中试生产的末端废弃物的茶渣烘干，粉碎至粒径小于0.38mm，过40目筛网后放入鼓风干燥箱中保持60℃烘至恒重；2)浸渍处理：将恒重后的茶渣与活化剂按照质量比1:2.5剂混合，搅拌均匀，在室温下浸渍8h；3)炭化活化：将上述混合物放入坩埚中并移至炭化炉中，以10℃/min的升温速率升温至700℃进行炭化活化1h后取出冷至室温；4)洗涤及干燥：将步骤3)得到的样品倒入甲醇溶液中混合均匀，抽滤，用体积比为1:9的甲醇与水组成的甲醇水溶液反复冲洗抽滤得到的固体，直到冲洗后的液体的pH为6～8，在100℃下干燥，粉碎至200目，得到茶渣活性炭，放入干燥器内备用。
图2为饮料茶渣在不同放大倍数下的扫描电镜图(a图：Mag＝5.00KX；b图：Mag＝10.00KX；c图：Mag＝20.00KX)，显示出茶渣原料结构致密，弯曲平行均匀排列，且具有一定的柱状结构；图3为茶渣活性炭在不同放大倍数下的扫描电镜图(a图：Mag＝5.00KX；b图：Mag＝10.00KX；c图：Mag＝40.00KX)，发达的空隙结构，表面光滑，孔形状为排列整齐的蜂窝状结构，具有较大的比表面积，作为吸附剂对碘具有良好的吸附效果。茶渣活性炭的得率以及作为吸附剂对碘的吸附值如下表1所示，其中实施例中的碘吸附值均接近或超过国家一级活性炭对碘吸附值的要求标准1000mg·g-1。
表1茶渣活性炭的得率以及吸附效果
产品 得率(％) 碘吸附值(mg·g-1)
实施例1 6.72 1037.11
实施例2 9.89 931.93
实施例3 9.17 982.62
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，其特征在于，所述方法中采用碳酸钾作为活化剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)预处理：将茶渣烘干、粉碎后放入鼓风干燥箱中烘至恒重；
(2)浸渍处理：将碳酸钾活化剂与预处理后的茶渣以1:1～2.5的质量比混合，搅拌均匀，18～25℃下浸渍8～14h；
(3)炭化活化：将(2)中浸渍了碳酸钾活化剂的茶渣放入坩埚后移至炭化炉中，以10℃/min的升温速率升温至450～700℃进行炭化活化，1～2.5h后取出冷却至室温；
(4)洗涤及干燥：将(3)中炭化活化的产物倒入甲醇中混合均匀，抽滤，用体积比为1:9的甲醇与水组成的甲醇水溶液反复冲洗抽滤得到的固体至洗液的pH为6～8，将固体干燥、粉碎得到茶渣活性炭，放入干燥器内备用。
3.根据权利要求2所述的一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)所述茶渣来源于饮料茶生产过程中的末端废弃物。
4.根据权利要求2所述的一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)所述粉碎的程度为能够通过40目的筛网。
5.根据权利要求2所述的一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)所述鼓风干燥箱的温度为60℃左右。
6.根据权利要求2所述的一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，其特征在于，步骤(4)所述干燥的温度为100℃。
7.根据权利要求2所述的一种基于碳酸钾法制备茶渣活性炭的方法，其特征在于，步骤(4)所述粉碎的程度为能够通过200目的筛网。
8.由权利要求1～7任一项所述的方法制备的茶渣活性炭。
9.权利要求8所述的茶渣活性炭作为吸附剂的应用。
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