CN108793157A - 湿地生果实壳和水解羽毛粉混合基炭前体制备活性炭的方法 - Google Patents

湿地生果实壳和水解羽毛粉混合基炭前体制备活性炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种湿地生果实壳和水解羽毛粉混合基炭前体制备活性炭的方法，该方法包括：以湿地生果实壳和羽毛为原料制备混合基炭前体；将混合基炭前体浸渍于磷酸溶液中；对浸渍后的混合基炭前体进行高温炭化；以及对高温炭化后的物质进行清洗和干燥。本发明的活性炭以废弃的湿地生果实壳和羽毛作为原料，废弃资源重复利用，具有优异的平均比表面积、平均微孔比表面积以及平均孔隙体积，吸附效果优异，尤其对重金属的吸附能力较好，而且本发明的制备工艺简单，生产周期短，成本低。

Description

湿地生果实壳和水解羽毛粉混合基炭前体制备活性炭的方法
技术领域
本发明涉及活性炭制备领域，尤其涉及一种湿地生果实壳和水解羽毛粉混合基炭前体制备活性炭的方法。
背景技术
活性炭是一种多孔含碳物质，主要由碳元素组成，同时也含有氢、氧、硫、氮等元素，以及一些无机矿物质，有着丰富的内部孔隙结构和比较高的比表面积。在强酸、强碱、高温、高压等极端条件下都极为稳定，故被广泛地应用于对气相和液相中有害物质(如有机污染物和重金属污染物)的吸附、净化处理，如环境保护、气体分离、天然气储存、医学应用及催化等许多领域。
目前制备活性炭的方法，通常是用单一材料主要是含木制纤维素材料(如木材、竹子等)为碳质原料，经粉碎、活化、加热碳化、洗涤净化、研磨粒化等工序完成。且碳化过程高达600～700℃，消耗大量能源，和优质木材。同时活性炭传统改性剂如HNO3、HClO、O3等，价格昂贵，同时清洗废液也加大了末端处理成本，污染环境。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种资源环保、吸附效果好的活性炭及其制备方法和应用，本发明的活性炭以废弃的湿地生果实壳(比如菱角皮)和羽毛作为原料，废弃资源重复利用，具有优异的平均比表面积、平均微孔比表面积以及平均孔隙体积，吸附效果优异，尤其对重金属的吸附能力较好，而且本发明的制备工艺简单，生产周期短，成本低。
本发明是通过如下所述的技术方案实现的：
首先，本发明提供了一种活性炭制造方法，其包括：以湿地生果实壳和羽毛为原料制备混合基炭前体；将混合基炭前体浸渍于磷酸溶液中；对浸渍后的混合基炭前体进行高温炭化；以及对高温炭化后的物质进行清洗和干燥。
进一步地，所述湿地生果实壳选自菱角皮、莲子皮和芡实皮中的一种或多种；进一步为菱角皮、莲子皮或芡实皮，更进一步为菱角皮。
进一步地，所述羽毛为水解羽毛。水解羽毛可以直接购买水解羽毛粉或将羽毛处理后进行高压水解烘干等操作得到水解羽毛粉。
进一步地，所述方法包括：将湿地生果实壳和羽毛清洗烘干后粉碎；对粉碎后的羽毛粉进行水解、烘干，获得水解羽毛粉；将粉碎后的湿地生果实壳与水解羽毛粉按比例混合于磷酸溶液中浸渍处理；将浸渍好的混合基炭前体进行高温炭化，以及对高温炭化后的物质进行清洗和干燥。
进一步地，所述湿地生果实壳和羽毛采用蒸馏水清洗后进行烘干粉碎。
进一步地，所述烘干温度为100-110℃，烘干时间为6-8h。
进一步地，所述烘干温度为105℃，烘干时间为6h。
进一步地，所述粉碎后的湿地生果实壳粒径为0.45-1.0mm，粉碎后的羽毛粉纤维长度<5mm。
进一步地，所述羽毛粉中含有粗蛋白>80wt％、粗灰分<4wt％和水<10wt％。
进一步地，所述粉碎后的羽毛粉在高压灭菌锅中水解，然后烘干，得到水解羽毛粉；
进一步地，所述水解温度为115-200℃，压力0.1-0.69Mpa，水解时间为30-60min；
进一步地，所述水解温度为120℃，水解压力为0.1Mpa，水解时间45min。
所述水解羽毛中含有总氨基酸>75wt％，其中，赖氨酸>1.85wt％、蛋氨酸>0.61wt％、膀氨酸>3.64wt％、苏氨酸>4.06wt％。
进一步地，所述粉碎后的湿地生果实壳和水解羽毛粉充分混合得到混合基炭前体，其中，混合基炭前体中水解羽毛粉的加入量为0-100wt％(即水解羽毛粉质量占混合基总质量的0-100％)，进一步为0.5-4wt％，进一步为0.5-3wt％，进一步为0.5-2.5wt％，进一步为0.5-2wt％，进一步为0.5-1wt％，更进一步为0.5wt％。
进一步地，所述混合基炭前体浸渍于磷酸溶液中，所述磷酸溶液的质量浓度为85wt％；
进一步地，所述磷酸溶液与混合基炭前体的质量比2：1；
进一步地，所述浸渍活化时间为10-15h，进一步为12h，浸渍期间密封，室温放置。
进一步地，所述浸渍后的混合基炭前体在马弗炉中进行高温炭化；
进一步地，所述高温炭化包括将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，后将坩埚置于马弗炉中进行炭化；
进一步地，所述炭化温度条件为：室温下以每分钟上升10℃的速度加热到400～550℃，进一步为450℃，并在该温度下维持1h，之后自然冷却到室温。
进一步地，炭化后使用去离子水洗涤至pH中性、烘干、贮存在干燥器中；
进一步地，烘干温度为100-110℃，烘干时间8h。
此外，本申请还提供了根据上述方法制造得到的活性炭。
进一步地，所述活性炭的平均比表面积(BET)为1400-1500m2/g、平均微孔比表面积700-760m2/g、平均孔隙体积0.55-0.72cm3/g；
进一步地，所述活性炭的平均比表面积(BET)为1461.68m2/g、平均微孔比表面积752.20m2/g、平均孔隙体积0.637cm3/g。
此外，本申请还提供了上述活性炭在环境保护领域尤其在重金属吸附处理领域中的应用。
菱角为一年生半挺浮水草本湿地植物，产于全国各地，以长江流域亚热带地区分布和栽培最多。菱角的食用部分只选用菱肉，其残留物(菱角皮)常被当做垃圾废料处理。我国年生产家禽羽毛70多万吨，除羽毛中含量较少的绒毛作为保暖填充材料外，绝大部分剩余羽毛被废弃而没有得到充分利用，而且容易造成环境污染。本发明的发明人发现将菱角皮与羽毛处理后混合制备得到的活性炭具有很好的吸附效果，尤其当羽毛经高温高压水解后得到的水解羽毛与菱角皮制备混合基炭前体，再经高浓度85％磷酸浸渍活化、高温炭化等操作后得到的活性炭，具有优异的比表面积、微孔比表面积和孔隙体积、较高的酸性和碱性官能团、具有优异的吸附效果，尤其对重金属物质(比如Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ))具有良好的吸附率。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用的工艺简单、节约能源。采用较低的活化炭化温度，节约了大量能源，同时工艺简单，生产周期短，节约了生产成本。
2、本发明采用的原材料(羽毛、菱角皮)均采自农业废料，废弃资源重复利用，既降低了生产成本又保护了生态环境。
3、本发明的活性炭各项物理指标都较为优秀，尤其平均比表面积，平均微孔比表面积，平均孔隙体积等物理参数都优于市面上大多数活性炭。
4、本发明的活性炭N/O官能团含量多，其对重金属吸附能力较好。
5、本发明为活性炭的原料来源开辟了新途径，有着重要的应用前景。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明的制备流程图。
图2为本发明实施例制备得到的活性炭的电镜扫描图，其中A为添加0.5wt％水解羽毛粉制备得到活性炭；B为不添加水解羽毛粉制备得到的活性炭。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列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。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
本发明采用的羽毛中含有粗蛋白>80wt％、粗灰分<4wt％和水<10wt％，按本发明实施例1进行水解，经水解后水解羽毛中含有总氨基酸>75wt％，其中，赖氨酸>1.85wt％、蛋氨酸>0.61wt％、膀氨酸>3.64wt％、苏氨酸>4.06wt％。
实施例1
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛粉。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为199：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭(其电镜图扫描图如图2A所示)，活性炭的平均比表面积(BET)为1461.68m2/g、平均微孔比表面积752.20m2/g、平均孔隙体积0.637cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，取50ml浓度40mg/L的Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)溶液于150ml锥形瓶内，加入0.04g的活性炭。在恒温气浴摇床中以200rpm的频率震荡48h，平衡后用0.45um滤膜过滤，取其滤液，测定滤液中剩余Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的浓度，计算吸附量。结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为31.2mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为30.3mg/g。
实施例2
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为99：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1455.6m2/g、平均微孔比表面积738.10m2/g、平均孔隙体积0.636cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为27.46mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为28.24mg/g。
实施例3
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为197：3进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1434.2m2/g、平均微孔比表面积731.08m2/g、平均孔隙体积0.632cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为25.12mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为27.74mg/g。
实施例4
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为49：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1423.5m2/g、平均微孔比表面积722.10m2/g、平均孔隙体积0.634cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为26.02mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为27.82mg/g。
实施例5
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为39：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1412.2m2/g、平均微孔比表面积716.05m2/g、平均孔隙体积0.632cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为21.18mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为27.38mg/g。
实施例6
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为97：3进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1429.0m2/g、平均微孔比表面积703.12m2/g、平均孔隙体积0.601cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为19.38mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为26.09mg/g。
实施例7
将菱角皮用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm。取85％磷酸与粉碎后的菱角皮粉以质量比为2：1进行充分混合，使菱角皮粉在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的物质转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭(其电镜图扫描图如图2B所示)，活性炭的平均比表面积(BET)为1487.0m2/g、平均微孔比表面积670.02m2/g、平均孔隙体积0.594cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为16.34mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为17.87mg/g。
实施例8
将羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取85％磷酸与水解羽毛以质量比为2：1进行充分混合，使水解羽毛在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的物质转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为524.3m2/g、平均微孔比表面积189.03m2/g、平均孔隙体积0.204cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为13.8mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为18.28mg/g。
实施例9
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为199：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为1.5：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1240.0m2/g、平均微孔比表面积620.34m2/g、平均孔隙体积0.428cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为7.28mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为10.51mg/g。
实施例10
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为199：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持2h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1450.0m2/g、平均微孔比表面积710m2/g、平均孔隙体积0.576cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为17.45mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为21.05mg/g。
实施例11
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛。取粉碎后的菱角皮粉和水解羽毛以质量比为199：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升20℃直至升温至500℃，并于500℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1441.0m2/g、平均微孔比表面积702m2/g、平均孔隙体积0.541cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测试方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为17.25mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为19.87mg/g。
实施例12
将菱角皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的菱角皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。取粉碎后的菱角皮粉和羽毛粉以质量比为199：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1423.6m2/g、平均微孔比表面积815.2m2/g、平均孔隙体积0.625cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测定方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为15.52mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为20.81mg/g。
实施例13
将莲子皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的莲子皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛粉。取粉碎后的莲子皮粉和水解羽毛以质量比为199：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1445.68m2/g、平均微孔比表面积740.20m2/g、平均孔隙体积0.632cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测定方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为27.5mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为27.3mg/g。
实施例14
将芡实皮和羽毛用水清洗数次去除所附着的杂质，于105℃下烘干6h后用粉碎机粉碎，粉碎后的芡实皮粒径为0.45-1.0mm，羽毛粉纤维长度<5mm。之后将粉碎后的羽毛粉在120℃、0.1Mpa压力下，于高压灭菌锅中水解45min，并于105℃下烘干，得到水解羽毛粉。取粉碎后的芡实皮粉和水解羽毛以质量比为199：1进行充分混合，得到混合基炭前体，取85％磷酸与混合基炭前体以质量比为2：1进行充分混合，使混合基炭前体在磷酸溶液中密封浸渍活化12h，室温放置。将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中进行灼烧，灼烧时于室温开始每分钟上升10℃直至升温至450℃，并于450℃温度下维持1h，然后自然冷却到室温。之后用蒸馏水清洗灼烧后的物质至pH稳定(中性)，并于105℃下，烘干时间8h，得到活性炭，活性炭的平均比表面积(BET)为1246.25m2/g、平均微孔比表面积739.20m2/g、平均孔隙体积0.724cm3/g。
使用该活性炭测试其Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附情况，测定方法同实施例1，结果该活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量为27.42mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量为27.5mg/g。
实施例15
1、本实施例对实施例1、7、12制备得到的活性炭进行了元素分析，结果如表所示：
实施例 样品量(mg) N％ C％ H％ O％
实施例1 1.368 1.28％ 77.06％ 2.01％ 17.94％
实施例7 1.438 0.44％ 70.58％ 4.17％ 9.36％
实施例12 1.421 0.45％ 73.23％ 3.45％ 11.23％
2、本实施例还采用Boehm滴定法测定了实施例1、7、12的活性炭表面官能团的情况，结果如下：

Claims (10)

1.一种活性炭制备方法，其包括：以湿地生果实壳和羽毛为原料制备混合基炭前体；将混合基炭前体浸渍于磷酸溶液中；对浸渍后的混合基炭前体进行高温炭化；以及对高温炭化后的物质进行清洗和干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿地生果实壳选自菱角皮、莲子皮和芡实皮中的一种或多种；进一步为菱角皮；
进一步地，所述羽毛为水解羽毛；
进一步地，所述方法包括：将湿地生果实壳和羽毛清洗烘干后粉碎；对粉碎后的羽毛粉进行水解、烘干，获得水解羽毛粉；将粉碎后的湿地生果实壳与水解羽毛粉按比例混合于磷酸溶液中浸渍；将浸渍好的混合基炭前体进行高温炭化，以及对高温炭化后的物质进行清洗和干燥。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述湿地生果实壳和羽毛采用蒸馏水清洗后进行烘干粉碎；
进一步地，所述烘干温度为100-110℃，烘干时间为6-8h；
进一步地，所述烘干温度为105℃，烘干时间为6h；
进一步地，所述粉碎后的湿地生果实壳粒径为0.45-1.0mm，粉碎后的羽毛粉纤维长度<5mm；
进一步地，所述羽毛粉中含有粗蛋白>80wt％、粗灰分<4wt％和水<10wt％。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粉碎后的羽毛粉在高压灭菌锅中水解，得到水解羽毛；
进一步地，所述水解温度为115-200℃，压力0.1-0.69Mpa，水解时间为30-60min；
进一步地，所述水解温度为120℃，水解压力为0.1Mpa，水解时间45min。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粉碎后的湿地生果实壳和水解羽毛粉充分混合得到混合基炭前体，其中，混合基炭前体中水解羽毛粉的加入量为0-100wt％，进一步为0.5-4wt％，进一步为0.5-3wt％，进一步为0.5-2.5wt％，进一步为0.5-2wt％，进一步为0.5-1wt％，更进一步为0.5wt％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合基炭前体浸渍于磷酸溶液中，所述磷酸溶液的质量浓度为85wt％；
进一步地，所述磷酸溶液与混合基炭前体的质量比2：1；
进一步地，所述浸渍活化时间为12h，浸渍期间密封，室温放置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述浸渍后的混合基炭前体在马弗炉中进行高温炭化；
进一步地，所述高温炭化包括将浸渍后的混合基炭前体转移到带盖坩埚中，后将坩埚置于马弗炉中进行炭化；
进一步地，所述炭化条件为：室温下以每分钟上升10℃的速度加热到400～550℃，进一步为450℃，并在该温度下维持1h，之后自然冷却到室温。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，炭化后使用去离子水洗涤至pH中性、烘干、贮存在干燥器中；
进一步地，烘干温度为100-110℃，公干时间8h。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法制造得到的活性炭；
进一步地，所述活性炭的平均比表面积(BET)为1400-1500m2/g、平均微孔比表面积700-760m2/g、平均孔隙体积0.55-0.72cm3/g；
进一步地，所述活性炭的平均比表面积(BET)为1461.68m2/g、平均微孔比表面积752.20m2/g、平均孔隙体积0.637cm3/g。
10.权利要求9所述的活性炭在环境保护领域尤其在重金属吸附处理领域中的应用。
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