CN111924839A - 一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，采用芡实壳提取天然染料过程中的副产物滤渣作为主要原料，然后进行酶解、碳化、活化、酸洗、水洗和干燥后即可。以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，其成本低廉，芡实壳滤渣除去运输成本每吨的售价约为100‑200元。本发明的制氮碳分子筛，产氮浓度可达95%以上，且比表面积达到1500m2/g以上，利润丰厚，具有良好的经济价值。

Description

一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法
技术领域
本发明涉及一种分子筛的制备方法，尤其涉及一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法。
背景技术
碳分子筛是一种炭质多孔材料，属于活性炭的一种。其空洞主要由1nm以下的微孔和少量大孔组成，孔径分布较窄，约在0.5-1.0nm左右。而普通活性炭除了微孔之外，还有大量的中孔和大孔，平均孔径在2nm左右。碳分子筛的孔为狭缝型。可用于制备碳分子筛的原料非常广泛，从天然产物到高分子聚合物都可以用来制造碳分子筛。其中最主要的三种是煤、木材、果壳，没有见到采用芡实壳为原料制备碳分子筛的报道。
芡实，别名鸡头米、刺莲藕，为睡莲科植物芡，一年生水生草本。芡实根、茎、叶、果均可入药。然而通常情况下，大量的芡实壳用作饲料或废弃，十分可惜，而且会污染环境。关于芡实壳利用已有少量研究报道，但是主要集中在染料领域，从芡实壳中提取天然染料并应用于纺织品染色，对于增加天然染料品种与色谱，提高纺织品的附加价值，建设节约型、环境友好型社会具有十分重要的意义，但是染料提取对芡实壳的利用率非常低。本发明提供了一种利用芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法。
一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，包括如下步骤：
A将芡实壳原料清水冲洗干净，自然晾干或低温风干后，机械粉碎至60目，将粉碎好的芡实壳粉超声波提取，得含天然染料滤液及滤渣，对滤渣进行二次提取，得到二次滤渣；
B将芡实壳二次滤渣浸泡于10-15倍体积的酶溶液在pH5.5-6.5，60-65℃条件下酶解30-40min，然后4000-5000rpm离心，收集固体；
C将固体材料放入碳化炉中，将固体在平面上自然铺放，在氮气保护状态下将温度升至950-1000℃碳化40-50min；
D将碳化后的固体置于转炉内，在氮气保护状态下升温至750-800℃，在氮气保护状态下活化5-6h；
E将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，干燥后即得到制氮碳分子筛。
优选的，所述的步骤B中，所述的酶包括纤维素酶、木质素酶和果胶酶。
优选的，所述的步骤B中，所述的酶的总重量为芡实壳重量的0.5-1%。
优选的，所述的步骤D中，所述的升温速度为6-8℃/min。
优选的，所述的步骤E中，所述的酸洗过程中，盐酸的浓度为0.1-0.2mol/L，酸洗时间为20-30min，搅拌速度为400-450rpm。
本发明的有益效果：本发明采用芡实壳提取天然染料过程中的副产物滤渣（基本没有利用价值，成本低廉）作为主要原料，然后进行酶解、碳化、活化、酸洗、水洗和干燥后即可。以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，其成本低廉，芡实壳滤渣除去运输成本每吨的售价约为100-200元。本发明的制氮碳分子筛，产氮浓度可达95%以上，且比表面积达到1500m2/g以上，利润丰厚，具有良好的经济价值。
具体实施方式
实施例1
一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，包括如下步骤：
A将芡实壳原料清水冲洗干净，自然晾干或低温风干后，机械粉碎至60目，将粉碎好的芡实壳粉超声波提取，得含天然染料滤液及滤渣，对滤渣进行二次提取，得到二次滤渣；
B将芡实壳二次滤渣浸泡于12倍体积的酶溶液在pH6.2，64℃条件下酶解35in，然后4500rpm离心，收集固体；
C将固体材料放入碳化炉中，将固体在平面上自然铺放，在氮气保护状态下将温度升至980℃碳化45min；
D将碳化后的固体置于转炉内，在氮气保护状态下升温至760℃，在氮气保护状态下活化5.5h；
E将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，干燥后即得到制氮碳分子筛。
所述的步骤B中，按重量份计，所述的酶包括纤维素酶 8份、木质素酶 3份和果胶酶 1份。
所述的步骤B中，所述的酶的总重量为芡实壳重量的0.7%。
所述的步骤D中，所述的升温速度为6.5℃/min。
所述的步骤E中，所述的酸洗过程中，盐酸的浓度为0.15mol/L，酸洗时间为25min，搅拌速度为425rpm。
实施例2
一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，包括如下步骤：
A将芡实壳原料清水冲洗干净，自然晾干或低温风干后，机械粉碎至60目，将粉碎好的芡实壳粉超声波提取，得含天然染料滤液及滤渣，对滤渣进行二次提取，得到二次滤渣；
B将芡实壳二次滤渣浸泡于15倍体积的酶溶液在pH5.5，60℃条件下酶解40min，然后4000rpm离心，收集固体；
C将固体材料放入碳化炉中，将固体在平面上自然铺放，在氮气保护状态下将温度升至1000℃碳化40min；
D将碳化后的固体置于转炉内，在氮气保护状态下升温至800℃，在氮气保护状态下活化5h；
E将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，干燥后即得到制氮碳分子筛。
所述的步骤B中，按重量份计，所述的酶包括纤维素酶 6份、木质素酶 3份和果胶酶 1份。
所述的步骤B中，所述的酶的总重量为芡实壳重量的1%。
所述的步骤D中，所述的升温速度为6℃/min。
所述的步骤E中，所述的酸洗过程中，盐酸的浓度为0.2mol/L，酸洗时间为20min，搅拌速度为450rpm。
实施例3
一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，包括如下步骤：
A将芡实壳原料清水冲洗干净，自然晾干或低温风干后，机械粉碎至60目，将粉碎好的芡实壳粉超声波提取，得含天然染料滤液及滤渣，对滤渣进行二次提取，得到二次滤渣；
B将芡实壳二次滤渣浸泡于10倍体积的酶溶液在pH6.5，65℃条件下酶解30min，然后5000rpm离心，收集固体；
C将固体材料放入碳化炉中，将固体在平面上自然铺放，在氮气保护状态下将温度升至950℃碳化50min；
D将碳化后的固体置于转炉内，在氮气保护状态下升温至750℃，在氮气保护状态下活化6h；
E将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，干燥后即得到制氮碳分子筛。
所述的步骤B中，按重量份计，所述的酶包括纤维素酶 10份、木质素酶 5份和果胶酶 2份。
所述的步骤B中，所述的酶的总重量为芡实壳重量的0.5%。
所述的步骤D中，所述的升温速度为8℃/min。
所述的步骤E中，所述的酸洗过程中，盐酸的浓度为0.1mol/L，酸洗时间为30min，搅拌速度为400rpm。
对比例1
将实施例1中的酶解步骤去除，其余配比和制备方法不变。
将实施例1-3和对比例1的分子筛的比表面积和制氮纯度进行测试，具体数据如下：
表1：实施例1-3和对比例1及对照例的分子筛测试结果；
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
比表面积（m<sup>2</sup>/g） 1518 1510 1507 1485
氮气纯度（%） 96.32 95.94 95.81 78.11
由以上测试数据可以知道，本发明的以芡实壳为原料的制氮碳分子筛，制氮纯度可以达到95%以上。
以上所述，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 (5)

1.一种以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A将芡实壳原料清水冲洗干净，自然晾干或低温风干后，机械粉碎至60目，将粉碎好的芡实壳粉超声波提取，得含天然染料滤液及滤渣，对滤渣进行二次提取，得到二次滤渣；
B将芡实壳二次滤渣浸泡于10-15倍体积的酶溶液在pH5.5-6.5，60-65℃条件下酶解30-40min，然后4000-5000rpm离心，收集固体；
C将固体材料放入碳化炉中，将固体在平面上自然铺放，在氮气保护状态下将温度升至950-1000℃碳化40-50min；
D将碳化后的固体置于转炉内，在氮气保护状态下升温至750-800℃，在氮气保护状态下活化5-6h；
E将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，干燥后即得到制氮碳分子筛。
2.如权利要求1所述的以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，所述的酶包括纤维素酶、木质素酶和果胶酶。
3.如权利要求1所述的以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，所述的酶的总重量为芡实壳重量的0.5-1%。
4.如权利要求1所述的以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤D中，所述的升温速度为6-8℃/min。
5.如权利要求1所述的以芡实壳为原料的制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤E中，所述的酸洗过程中，盐酸的浓度为0.1-0.2mol/L，酸洗时间为20-30min，搅拌速度为400-450rpm。
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