CN109534343A - 一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，采用甘蔗渣多糖固体和耐高温永磁铁氧体材料充分混合作为原料，原料不仅成本低、而且可以实现甘蔗渣的废物利用；原料中加入耐高温永磁铁氧体材料和磁化石墨烯，在球磨过程中，含有耐高温永磁铁氧体材料的碳化材料在磁化石墨烯表面可以均匀紧密的排列均匀，可以达到更好的比表面积；本发明的制氮碳分子筛效果非常显著，产氮浓度可达99.999％，且比表面积达到5000‑5200m2/g。
Description
技术领域
本发明涉及一种分子筛的制备方法，属于碳素材料领域，尤其涉及一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法。
背景技术
制氮碳分子筛是几乎只含直径为数埃的均匀微孔的一种新型活性碳。这种孔隙特性可以依据其孔隙大小和要吸附气体的分子大小及形状来赋与制氮碳分子筛选择吸附性能。利用这种特征，制氮碳分子筛被广泛用于各种气体分离过程。经检索，现有公开的制氮碳分子筛的制造工艺在原料选择、原料配比、工艺参数组合等方面存在不甚完善的地方，导致现有的制氮碳分子筛在产氮浓度、产氮量、回收率等诸多方面的性能并不理想。
甘蔗是制糖的主要原料之一。经过榨糖之后剩下的甘蔗渣，约有50%的纤维可以用来造纸。不过，其中尚有部分蔗髓（髓细胞）没有交织力，制浆过程前应予除去。 甘蔗渣纤维长度约为0.65－2.17mm，宽度是21－28μm。其纤维形态虽然比不上木材和竹子，但是比稻、麦草纤维则略胜一筹。浆料可以配入部分木浆后，抄制胶版印刷纸、水泥袋纸等。
中国发明专利CN 106185916A公开了一种由甘蔗渣制备高比表面积氮气碳分子筛的方法。该方法主要对从甘蔗从提取甘蔗渣多糖固体的过程进行了改进，经过细胞壁纤维膨化后，制成的甘蔗渣多糖固体的粒径要均匀得多，为制备氮气分子筛创造了条件，同时为了提高比表面积，在甘蔗渣多糖固体中加入了富勒烯，后续分子筛的比表面积可以达到3000-3500 m2/g；但是该方法成本较高，尤其是在甘蔗渣的处理方面，流程繁杂，严重影响了甘蔗渣作为原料的成本优势，故本发明提供了一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供高比表面积以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将甘蔗渣多糖固体和酚醛树脂混匀后，在150-200℃、氮气保护条件下加热2-3h，得到混合料；
b、将上述混合料进行行星式球磨，粉碎至250目；
c、将酚醛树脂和耐高温永磁铁氧体材料加入混合料，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至900-950℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至600-650℃，在氮气保护状态下活化5-6h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
本发明的甘蔗渣多糖固体的制备方法，参考中国发明专利CN101171956公开了一种从甘蔗渣中提取多糖的方法，该方法通过脱脂、酶处理、超声提取和醇沉得到甘蔗渣多糖固体。
优选的，所述的步骤a中，原料配比为甘蔗渣多糖固体 100-120份，酚醛树脂 8-15份。
优选的，所述的步骤a中，耐高温永磁铁氧体材料的粒径为200-500μm。
优选的，所述的步骤c中，酚醛树脂、耐高温永磁铁氧体材料和混合料的重量比为（6-10）：（0.1-0.3）：100。
优选的，所述的步骤e中，石墨烯为磁化石墨烯。
优选的，所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.01-0.02%。
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，在2015年末硼烯发现之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。
本发明中，加入石墨烯并与碳化样品在氢氧化钾溶液中共同球磨的目的在于，将石墨烯充分分散；后续活化过程中，样品中的碳分子沿石墨烯表面分布，比表面积更大。同时为了进一步提高比表面积，一方面在原料中加入耐高温永磁铁氧体材料，另一方面采用磁化石墨烯，在球磨过程中，含有耐高温永磁铁氧体材料的碳化材料在磁化石墨烯表面可以均匀紧密的排列均匀，可以达到更好的比表面积。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明采用甘蔗渣多糖固体和耐高温永磁铁氧体材料充分混合作为原料，原料不仅成本低、而且可以实现甘蔗渣的废物利用；原料中加入耐高温永磁铁氧体材料和磁化石墨烯，在球磨过程中，含有耐高温永磁铁氧体材料的碳化材料在磁化石墨烯表面可以均匀紧密的排列均匀，可以达到更好的比表面积；本发明的制氮碳分子筛效果非常显著，产氮浓度可达99.999％，且比表面积达到5000-5200m2/g。
具体实施方式
实施例1：
一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将甘蔗渣多糖固体和酚醛树脂混匀后，在180℃、氮气保护条件下加热2-3h，得到混合料；
b、将上述混合料进行行星式球磨，粉碎至250目；
c、将酚醛树脂和耐高温永磁铁氧体材料加入混合料，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至920℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至620℃，在氮气保护状态下活化5.5h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
所述的步骤a中，原料配比为稻壳粉 105份，酚醛树脂 12份。
所述的步骤a中，耐高温永磁铁氧体材料的粒径为200-500μm。
所述的步骤c中，酚醛树脂、耐高温永磁铁氧体材料和混合料的重量比为8：0.25：100。
所述的步骤e中，石墨烯为磁化石墨烯。
所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.015%。
所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为1.5mm。
所述的步骤f中，升温速度为5.5℃/min。
实施例2：
一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将甘蔗渣多糖固体和酚醛树脂混匀后，在200℃、氮气保护条件下加热2h，得到混合料；
b、将上述混合料进行行星式球磨，粉碎至250目；
c、将酚醛树脂和耐高温永磁铁氧体材料加入混合料，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至900℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至600℃，在氮气保护状态下活化6h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
所述的步骤a中，原料配比为稻壳粉 100份，酚醛树脂 8份。
所述的步骤a中，耐高温永磁铁氧体材料的粒径为200-500μm。
所述的步骤c中，酚醛树脂、耐高温永磁铁氧体材料和混合料的重量比为10：0.1：100。
所述的步骤e中，石墨烯为磁化石墨烯。
所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.02%。
所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为1.6mm。
所述的步骤f中，升温速度为3.5℃/min。
实施例3：
一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将甘蔗渣多糖固体和酚醛树脂混匀后，在150℃、氮气保护条件下加热3h，得到混合料；
b、将上述混合料进行行星式球磨，粉碎至250目；
c、将酚醛树脂和耐高温永磁铁氧体材料加入混合料，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至1000℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至650℃，在氮气保护状态下活化5h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
所述的步骤a中，原料配比为稻壳粉 120份，酚醛树脂 15份。
所述的步骤a中，耐高温永磁铁氧体材料的粒径为200-500μm。
所述的步骤c中，酚醛树脂、耐高温永磁铁氧体材料和混合料的重量比为6：0.3：100。
所述的步骤e中，石墨烯为磁化石墨烯。
所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.01%。
所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为0.75mm。
所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.01%。
所述的步骤f中，升温速度为4.5℃/min。
对比例1
将实施例1中的磁化石墨烯替换为石墨烯，其他制备条件不变，得到碳分子筛。
对比例2
将实施例1中的耐高温永磁铁氧体材料去除，其他制备条件不变，得到碳分子筛。
对比例3
将实施例1中的磁化石墨烯替换为石墨烯，并且将耐高温永磁铁氧体材料去除，其他制备条件不变，得到碳分子筛。
将实施例1-3和对比例1-3的分子筛的比表面积进行测试，具体数据如表1所示。
表1：分子筛样品的比表面积测试结果；
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 比表面积（m<sup>2</sup>/g） | 5170 | 5120 | 5135 | 3255 | 2510 | 2505 |
以上实施例所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、原料配比；将甘蔗渣多糖固体和酚醛树脂混匀后，在150-200℃、氮气保护条件下加热2-3h，得到混合料；
b、将上述混合料进行行星式球磨，粉碎至250目；
c、将酚醛树脂和耐高温永磁铁氧体材料加入混合料，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至900-950℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至600-650℃，在氮气保护状态下活化5-6h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
2.如权利要求1所述的以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，其特征在于，所述的步骤a中，原料配比为甘蔗渣多糖固体 100-120份，酚醛树脂 8-15份。
3.如权利要求1所述的以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，其特征在于，所述的步骤a中，耐高温永磁铁氧体材料的粒径为200-500μm。
4.如权利要求1所述的以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，其特征在于，所述的步骤c中，酚醛树脂、耐高温永磁铁氧体材料和混合料的重量比为（6-10）：（0.1-0.3）：100。
5.如权利要求1所述的以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，其特征在于，所述的步骤e中，石墨烯为磁化石墨烯。
6.如权利要求1所述的以甘蔗渣为原料制备高比表面积制氮碳分子筛的方法，其特征在于，所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.01-0.02%。
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|---|---|---|---|---|
| CN111303658A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-06-19 | 齐齐哈尔大学 | 一种不含有重金属的环保颜料及其制备方法 |
| CN111943196A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 湖州民强炭业有限公司 | 一种以芡实壳为原料的高性能甲烷碳分子筛的制备方法 |
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Application publication date: 20190329 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |