CN108455602A - 一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，属于木屑回收加工领域，将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎，再放入木屑烘干机内干燥，于浸渍剂中进行预处理，再向预处理木屑中加入醋酸纤维素进行初炭化，再将初制炭放于熔融沥青中浸泡，然后再次炭化，最后将所得物质经氢氧化钠溶液清洗后即得到成品炭材料。发明提供一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，该方法可充分利用栎木木屑，经过加工得到的炭材料孔隙度高、吸附性好，不含有害物质，使用安全。

Description

一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法
【技术领域】
本发明涉及木屑回收加工技术领域，具体涉及一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法。
【背景技术】
栎木俗称柞木，其质重、硬、生长缓慢，心边材区分明显，纹理直或斜，耐水耐腐蚀性强，适用于家具，桥梁，建筑用材等，随着世界环保意识增强且对森林的砍伐受到限制，现有木材种植的增长难以满足不断增加的木材需求量，随着人们生活中对木材制品需求的日益增高，对木屑的回收利用产业在具有广阔的市场前景和经济效益。
【发明内容】
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，该方法可充分利用栎木木屑，经过加工得到的炭材料孔隙度高、吸附性好，不含有害物质，使用安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎，再放入木屑烘干机内，于温度105～110℃条件下干燥10～12h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍12～15h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度105～110℃条件下干燥15～18h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.5～2.0wt％的磷酸溶液与3.2～4.5wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至250～280℃，保持温度、气氛不变，碳化1～2h，得到初制炭；
S3：将所述初制炭放入温度为95～98℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡3～5h，取出后放入炭化炉中，通入氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为280～290℃进行炭化2～3h，冷却后取出，再放入氢氧化钠溶液中浸渍0.5～1.0h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
进一步地，在步骤S1中，所述栎木木屑干粉碎后的粒径小于1mm。
进一步地，在步骤S2中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.3～2.8wt％。
进一步地，在步骤S2中，所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为200～220ml/min的氮气气氛、体积流量为30～40ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为120～150ml/min的氨气气氛。
进一步地，在步骤S2中，所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为210ml/min的氮气气氛、体积流量为35ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为135ml/min的氨气气氛。
进一步地，在步骤S3中，所述氮气气氛、二氧化碳气氛的体积流量依次为100～150ml/min、10～20ml/min。
进一步地，在步骤S3中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为0.3～0.5wt％。
本发明提供了一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明是将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎，再放入木屑烘干机内干燥，于浸渍剂中进行预处理，再向预处理木屑中加入醋酸纤维素进行初炭化，再将初制炭放于熔融沥青中浸泡，然后再次炭化，最后将所得物质经氢氧化钠溶液清洗后即得到成品炭材料。其中，本发明所述栎木木屑来源于加工边角料、二次产品回收等废弃物，本发明重新利用这部分资源，不仅能够解决废弃物的处置问题，变废为宝，实现资源的合理循环利用，避免资源的浪费。
本发明将干燥后的木屑放入由磷酸、碳酸钾组成的浸渍剂中进行浸渍，不仅在木屑表面赋予了新的官能团，而且将木屑的比表面积较原本的大大提高，从而提高了产品的吸附能力；将浸渍所得的预处理木屑中加入醋酸纤维素，于混合气氛中进行炭化处理，可提高产品的多孔特性和抗氧化性能，其中混合气氛还能赋予产品多种官能团结构，从而提高其吸附性能；再将所得的初制炭放于熔融沥青中浸泡，煤沥青内的多芳烃化合物经过一系列的热解和缩聚反应，最后形成的产品具有更为丰富的多孔结构，再次炭化后其性能更为稳定，提高了其机械性能。本发明所采用的每一技术手段都是相互配合、相互促进的，且步步为营、环环相扣的，所产生的总的技术效果远远高于单个技术手段所产生的技术手段的简单加和。
总之，本发明提供一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，该方法可充分利用栎木木屑，经过加工得到的炭材料孔隙度高、吸附性好，不含有害物质，使用安全。
【具体实施方式】
以下通过具体实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎至粒径小于1mm，再放入木屑烘干机内，于温度105℃条件下干燥10h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍12h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度105℃条件下干燥15h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.5wt％的磷酸溶液与3.2wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至250℃，保持温度、气氛不变，碳化1h，得到初制炭；其中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.3wt％；所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为200ml/min的氮气气氛、体积流量为30ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为120ml/min的氨气气氛；
S3：将所述初制炭放入温度为95℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡3h，取出后放入炭化炉中，通入体积流量依次为100ml/min、10ml/min的氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为280℃进行炭化2h，冷却后取出，再放入质量浓度为0.3wt％的氢氧化钠溶液中浸渍0.5h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
实施例2
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎至粒径小于1mm，再放入木屑烘干机内，于温度110℃条件下干燥12h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍15h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度110℃条件下干燥18h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为2.0wt％的磷酸溶液与4.5wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至280℃，保持温度、气氛不变，碳化2h，得到初制炭；其中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.8wt％；所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为220ml/min的氮气气氛、体积流量为40ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为150ml/min的氨气气氛；
S3：将所述初制炭放入温度为98℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡5h，取出后放入炭化炉中，通入体积流量依次为150ml/min、20ml/min的氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为290℃进行炭化3h，冷却后取出，再放入质量浓度为0.5wt％的氢氧化钠溶液中浸渍1.0h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
实施例3
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎至粒径小于1mm，再放入木屑烘干机内，于温度108℃条件下干燥11h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍14h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度108℃条件下干燥16h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.8wt％的磷酸溶液与4.1wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至260℃，保持温度、气氛不变，碳化1.5h，得到初制炭；其中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.5wt％；所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为210ml/min的氮气气氛、体积流量为35ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为135ml/min的氨气气氛；
S3：将所述初制炭放入温度为96℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡4h，取出后放入炭化炉中，通入体积流量依次为120ml/min、15ml/min的氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为285℃进行炭化2.5h，冷却后取出，再放入质量浓度为0.4wt％的氢氧化钠溶液中浸渍0.8h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
对比例1
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎至粒径小于1mm，再放入木屑烘干机内，于温度108℃条件下干燥11h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍14h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度108℃条件下干燥16h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.8wt％的磷酸溶液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至260℃，保持温度、气氛不变，碳化1.5h，得到初制炭；其中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.5wt％；所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为210ml/min的氮气气氛、体积流量为35ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为135ml/min的氨气气氛；
S3：将所述初制炭放入温度为96℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡4h，取出后放入炭化炉中，通入体积流量依次为120ml/min、15ml/min的氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为285℃进行炭化2.5h，冷却后取出，再放入质量浓度为0.4wt％的氢氧化钠溶液中浸渍0.8h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
对比例2
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎至粒径小于1mm，再放入木屑烘干机内，于温度108℃条件下干燥11h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍14h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度108℃条件下干燥16h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.8wt％的磷酸溶液与4.1wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至260℃，保持温度、气氛不变，碳化1.5h，得到初制炭；其中，所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为210ml/min的氮气气氛、体积流量为35ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为135ml/min的氨气气氛；
S3：将所述初制炭放入温度为96℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡4h，取出后放入炭化炉中，通入体积流量依次为120ml/min、15ml/min的氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为285℃进行炭化2.5h，冷却后取出，再放入质量浓度为0.4wt％的氢氧化钠溶液中浸渍0.8h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
对比例3
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎至粒径小于1mm，再放入木屑烘干机内，于温度108℃条件下干燥11h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍14h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度108℃条件下干燥16h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.8wt％的磷酸溶液与4.1wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中程序升温至260℃，保持温度、气氛不变，碳化1.5h，得到初制炭；其中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.5wt％；
S3：将所述初制炭放入温度为96℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡4h，取出后放入炭化炉中，通入体积流量依次为120ml/min、15ml/min的氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为285℃进行炭化2.5h，冷却后取出，再放入质量浓度为0.4wt％的氢氧化钠溶液中浸渍0.8h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
对比例4
一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎至粒径小于1mm，再放入木屑烘干机内，于温度108℃条件下干燥11h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍14h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度108℃条件下干燥16h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.8wt％的磷酸溶液与4.1wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至260℃，保持温度、气氛不变，碳化1.5h，得到初制炭；其中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.5wt％；所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为210ml/min的氮气气氛、体积流量为35ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为135ml/min的氨气气氛；
S3：将所述初制炭放入温度为96℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡4h，取出后放入炭化炉中，于温度为285℃进行炭化2.5h，冷却后取出，再放入质量浓度为0.4wt％的氢氧化钠溶液中浸渍0.8h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
实验案例
本发明方法经过大量实验，分别采用实施例1-3、对比例1-4以及市售的木屑炭材料进行检测，具体数据见表1；
表1平均生长情况
从表1的结果可以看出，采用本发明实施例1-3的方法得到的炭材料，其BET比表面积优于各组对比例及市售组，说明采用本发明的制作方法具有提高炭材料的比表面的作用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将栎木木屑放入粉碎机中进行粉碎，再放入木屑烘干机内，于温度105～110℃条件下干燥10～12h；将干燥后的木屑放于浸渍剂中进行浸渍12～15h后，用去离子水冲洗至呈中性，抽滤，再于温度105～110℃条件下干燥15～18h，得到预处理木屑；
其中，所述浸渍剂为1.5～2.0wt％的磷酸溶液与3.2～4.5wt％的碳酸钾溶液的等体积混合液；
S2：向上述预处理木屑中加入醋酸纤维素，放入横置式程序升温管式炉中，通入混合气氛程序升温至250～280℃，保持温度、气氛不变，碳化1～2h，得到初制炭；
S3：将所述初制炭放入温度为95～98℃的熔融煤沥青中，恒温浸泡3～5h，取出后放入炭化炉中，通入氮气气氛、二氧化碳气氛，于温度为280～290℃进行炭化2～3h，冷却后取出，再放入氢氧化钠溶液中浸渍0.5-1.0h，过滤后，用清水洗涤，晾干，即得到成品炭材料。
2.根据权利要求1所述以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述栎木木屑干粉碎后的粒径小于1mm。
3.根据权利要求1所述以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述醋酸纤维素的使用量是所述预处理木屑的2.3～2.8wt％。
4.根据权利要求1所述以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为200～220ml/min的氮气气氛、体积流量为30～40ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为120～150ml/min的氨气气氛。
5.根据权利要求1所述以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述混合气氛是由如下体积流量的气氛组成：体积流量为210ml/min的氮气气氛、体积流量为35ml/min的二氧化碳气氛、体积流量为135ml/min的氨气气氛。
6.根据权利要求1所述以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述氮气气氛、二氧化碳气氛的体积流量依次为100～150ml/min、10～20ml/min。
7.根据权利要求1所述以栎木废弃木屑制作炭材料的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为0.3～0.5wt％。
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