CN112408389A

CN112408389A - 一种油茶壳活性炭的制备方法和油茶壳活性炭

Info

Publication number: CN112408389A
Application number: CN202011309200.7A
Authority: CN
Inventors: 汪美凤; 袁芳; 冯露雅; 覃佐东; 廖云辉
Original assignee: Hunan University of Science and Engineering
Current assignee: Hunan University of Science and Engineering
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-02-26

Abstract

本发明属于化工产品制备领域，具体是涉及到一种油茶壳活性炭及其制备方法，包括如下步骤，1)将烘干后的油茶壳采用环己烷浸泡除油或水煮除油；2)干燥，将干燥的油茶壳炭化，得到炭化油茶壳；3)将炭化油茶壳冷却，进行水洗，酸洗和水洗，直至滤液变为中性，再干燥，得到油茶壳活性炭；本发明的油茶壳活性炭吸附能力强，产率高。

Description

一种油茶壳活性炭的制备方法和油茶壳活性炭

技术领域

本发明属于化工产品制备领域，具体涉及油茶壳活性炭的制备方法和油茶壳活性炭。

背景技术

活性炭是一种多孔的含碳性物质，包含有发达的孔隙结构(如微孔、中孔和大孔)，是一种性能优良的吸附剂，广泛应用于水处理、气体的分离精制、冰箱的除臭、金属的提取、军事防护和环境保护等领域。活性炭作为一种孔隙发达的碳素材料，特别是在防治大气污染、水质污染和恶臭等公害治理方面，以及用于分离、精制、催化剂、试剂回收等方面都得到了广泛的应用。

随着科学技术的进步，越来越多的领域应用到活性炭，需求量与日俱增，但传统化学法制造活性炭的缺点是活化剂消耗大，回收率低，产生的废水废气对环境造成严重的危害。

科学技术的发展不仅保护了环境，还提高了活性炭的质量。为了进一步提高活性炭的吸附能力，活性炭都进行预处理，活性炭原料的预处理的方法包括脱灰和预氧化。研究表明活化前对原材料进行适当的氧化处理，可以提高活性炭的吸附性能和产率。

中国的活性炭产量居世界第二位，年出口量位于世界第一，但与工业发达国家相比，我国活性炭产品的质量、品种方面仍存在许多问题，缺少低灰、高强度、高吸附性能、具有特殊用途的活性炭产品。因此，我国活性炭产品在国际市场上售价低，缺乏强有力的竞争力。我国活性炭行业迫切的需要研究提高活性炭产品性能和质量的新技术，以提高我国活性炭产品质量和性能。特别是对颗粒活性炭的生产方面，专利文献特开平9—249409、特开平10—203811、特开平2000—313611、CN200710010575.1公开的颗粒活性炭成型中都通过使用粘合剂来形成颗粒，粘合剂会使细孔隙堵塞降低吸附性能，还引入了化学杂质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种油茶壳活性炭的制备方法和油茶壳活性炭，本发明的油茶壳活性炭吸附能力强，产率高。

本发明的内容为一种油茶壳活性炭的制备方法，包括如下步骤，

1)将烘干后的油茶壳采用环己烷浸泡除油或水煮除油；

2)干燥，将干燥的油茶壳炭化，得到炭化油茶壳；

3)将炭化油茶壳冷却，进行水洗，酸洗和水洗，直至滤液变为中性，再干燥，得到油茶壳活性炭。

所述的环己烷浸泡除油的方法为：将烘干后的油茶壳置于环己烷中，使液面没过油茶壳，密封浸泡48h后，过滤除去环己烷溶液，即得除油后的油茶壳。

所述水煮除油的方法为：将油茶壳置于去离子水中，使液面没过油茶壳，沸水浴48h后，过滤除去去离子水，即得除油后的油茶壳。

所述干燥的油茶壳通过以下方法获得：将去掉油茶籽的油茶壳，放入到电热鼓风箱中在60℃干燥24h。

所述炭化的温度为450-550℃，炭化时间为0.5-1h。

所述炭化的温度为500℃，炭化时间为1h。

所述的水洗，酸洗和水洗的步骤为，将冷却的炭化油茶壳用去离子水加热到沸腾洗第一次，洗去活性炭中可溶性杂质，再用1-2mol/L的盐酸或硫酸溶液煮沸，过滤，然后用去离子水经多次煮沸。

步骤3)中干燥的温度为100-110℃，干燥时间为10-12h。

步骤2)中的炭化所使用的设备为箱式马弗炉，步骤3)中干燥所使用的设备为箱式干燥箱。

本发明提供一种通过上述方法制备得到的油茶壳活性炭。

本发明的有益效果是，

1.本发明所述的油茶壳活性炭的制备方法简便，适用温度较宽，用作吸附剂较传统粉末活性炭方便。

2.本发明所述油茶壳活性炭在制备条件下很稳定，没有使用化学粘合剂，是一类新型的“环境友好”的颗粒活性炭。

3.本发明的油茶壳活性炭具有较强的吸附能力，产率较高，具有极好的经济效益。

附图说明

图1为本发明的制备方法流程图。

图2为油茶壳活性炭的在50μm下的扫描电镜图。

图3为油茶壳活性炭的在10μm下的扫描电镜图。

图4为油茶壳活性炭的在5μm下的扫描电镜图。

图5为油茶壳活性炭的在4μm下的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1

一种油茶壳活性炭的制备方法，包括如下步骤：

1)将烘干后的油茶壳采用水煮除油，所述的环己烷浸泡除油的方法为：将烘干后的油茶壳置于环己烷中，使液面没过油茶壳，密封浸泡48h后，过滤除去环己烷溶液，即得除油后的油茶壳。

2)干燥，干燥的油茶壳通过以下方法获得：将去掉油茶籽的油茶壳，放入到电热鼓风箱中在60℃干燥24h；将干燥的油茶壳在箱式马弗炉中炭化，所述炭化的温度为500℃，炭化时间为1h，得到炭化油茶壳；

3)将炭化油茶壳冷却，进行水洗，酸洗和水洗，所述的水洗，酸洗和水洗的步骤为，将冷却的炭化油茶壳用去离子水加热到沸腾洗第一次，洗去活性炭中可溶性杂质，再用1-2mol/L的盐酸或硫酸溶液煮沸，过滤，然后用去离子水经多次煮沸；直至滤液变为中性，再在箱式干燥箱中干燥，干燥的温度为100-110℃，干燥时间为10-12h，得到油茶壳活性炭。

实施例2

一种油茶壳活性炭的制备方法，包括如下步骤：

1)将烘干后的油茶壳采用环己烷浸泡除油，所述水煮除油的方法为：将油茶壳置于去离子水中，使液面没过油茶壳，沸水浴48h后，过滤除去去离子水，即得除油后的油茶壳。

实验例1

1、称取5.0000g洗净的油茶壳放入到坩埚中，再将坩埚放到箱式马弗炉中炭化，等温度达到了实验设定的温度，开始计时，时间为1h，待炭化时间达至设定时间后，关闭马弗炉，将炭化后的油茶壳拿出来，于干燥器里冷却，称重，计算产率，将炭化后的重量除以称取的重量，得到转化率，然后冷却的炭化油茶壳用去离子水加热到沸腾洗第一次，洗去活性炭中可溶性的杂质，再用1mol/L的盐酸煮沸，过滤，以除去炭化过程中产生的焦油和不溶性杂质，然后用去离子水煮沸，过滤，直至滤液成中性。最后将清洗后的产品，在105℃干燥10个小时。最后用干燥好的活性炭吸附亚甲基蓝溶液，考察400-600℃的炭化温度对炭化产率和吸附值的影响，结果见表1。

表1炭化温度对产率和吸附值的影响

从表1中可以看出，在相同条件下，随着温度的上升，油茶壳的转化率降低，吸附值先升高，后降低。产率下降平缓，均匀。当温度为500℃时，吸附值最大为96mg/g。

2、炭化时间对油茶壳制备活性炭产率和吸附值的影响

称取5.0000g洗净的油茶壳放入到坩埚中，再将坩埚放到箱式马弗炉中炭化，等温度达到了实验设定的温度，开始计时，时间按30、40、90、120、150分钟设定，待炭化时间达至设定时间后，关闭马弗炉，将炭化后的油茶壳拿出来，冷却，称重，计算产率，将炭化后的重量除以称去的重量，得到转化率，然后实验例1的1中的方法将冷却的炭化油茶壳水洗、酸洗、水洗，直至滤液变为中性，将洗净的油茶壳活性炭放到箱式干燥箱中，干燥一晚。最后用干燥好的活性炭吸附亚甲基蓝溶液，考察炭化时间对炭化产率和吸附值的影响，结果见表2。

表2炭化时间对产率和吸附值的影响

从表2中可以看出随时间的变化，产率随时间的增加而降低，吸附值先升高，后降低，炭化时间60min的吸附值在已有的数据中最高为96mg/g，产率仅比30min这个点低3个百分点。

3、油茶壳除油对制备活性炭的影响

称取四份5.0000g步骤1中处理好的油茶壳，分别采用乙醚萃取除油、环己烷萃取除油、水煮除油、马弗炉230℃除油的方式，将除油后的油茶壳干燥后，分别放到四个坩埚中，一起放到箱式马弗炉里面进行炭化，当温度达到500℃时开始计时，炭化的时间为1h，待炭化时间达至设定时间后，关闭马弗炉，将炭化后的油茶壳拿出来，冷却，称重，计算产率，将炭化后的重量除以炭化前称取的重量，得到转化率，然后按照1中的方法将冷却的炭化油茶壳水洗、酸洗、水洗，直至滤液变为中性，将洗净的油茶壳活性炭放到箱式干燥箱中，干燥一晚上，得活性炭产品。同时设置不除油组作为对照，仅省去除油步骤，其他步骤同除油各组。最后用干燥好的活性炭吸附亚甲基蓝溶液，考察不同的除油方式时间对炭化产率和吸附值的影响，结果见表3。

表3除油等处理对制备活性炭的吸附性能的影响

从表3我们可以看出，用环己烷除油的产率较高且吸附值较高。

4、与市场销售活性炭性能比较

按照1中方法在500℃炭化温度制备的油茶壳活性炭与市售品牌活性炭在平行条件下测试亚甲基蓝吸附值，结果见表4。

表4活性炭种类对活性炭吸附能力的影响

从表4中可看出，油茶壳活性炭的吸附值比市面上同类活性炭的稍高。

本发明实施例中涉及的亚甲基蓝吸附试验如下：

(1)标准曲线制作

称取0.125g亚甲基蓝固体，配置成250ml溶液。再将其稀释10倍，再配置成2mg/L，4mg/L，6mg/L，8mg/L，10mg/L的亚甲基蓝溶液。再分别用紫外分光光度仪测定这五个样品的Abs值，将得到的五个数据记录，以浓度值为横坐标，Abs为纵坐标，得出对应的直线方程为y＝0.1733x+0.0490，其中x为亚甲基蓝的浓度值，y为Abs值。

表5亚甲基蓝溶液的浓度与Abs值的关系

(2)吸附值计算

称量0.10g活性炭放在锥形瓶中，用10mL量筒中量取10mL的10mg/L亚甲基蓝溶液，用超声波震荡10分钟，放到离心机里离心5分钟，将离心后的亚甲基蓝溶液放到比色皿当中测量吸光度，再计算吸附后亚甲基蓝的溶液的浓度。

Abs值与亚甲基蓝浓度的标准曲线：

y＝0.1733x+0.0490(x表示亚甲基蓝浓度，y为Abs值)

被吸附的亚甲基蓝质量的计算

M＝(C₁-C₂)*V

M指被吸附的亚甲基蓝的质量，

C₁指吸附前亚甲基蓝的浓度，

C₂指吸附后亚甲基蓝的浓度，

V指亚甲基蓝的体积，

吸附值的计算：

A＝M/m

m指油茶壳活性炭的质量。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种油茶壳活性炭的制备方法，其特征是，包括如下步骤，

1)将烘干后的油茶壳采用环己烷浸泡除油或水煮除油；

2)干燥，将干燥的油茶壳炭化，得到炭化油茶壳；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的环己烷浸泡除油的方法为：将烘干后的油茶壳置于环己烷中，使液面没过油茶壳，密封浸泡48h后，过滤除去环己烷溶液，即得除油后的油茶壳。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水煮除油的方法为：将油茶壳置于去离子水中，使液面没过油茶壳，沸水浴48h后，过滤除去去离子水，即得除油后的油茶壳。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的油茶壳通过以下方法获得：将去掉油茶籽的油茶壳，放入到电热鼓风箱中在60℃干燥24h。

5.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述炭化的温度为450-550℃，炭化时间为0.5-1h。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述炭化的温度为500℃，炭化时间为1h。

7.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的水洗，酸洗和水洗的步骤为，将冷却的炭化油茶壳用去离子水加热到沸腾洗第一次，洗去活性炭中可溶性杂质，再用1-2mol/L的盐酸或硫酸溶液煮沸，过滤，然后用去离子水经多次煮沸。

8.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中干燥的温度为100-110℃，干燥时间为10-12h。

9.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中的炭化所使用的设备为箱式马弗炉，步骤3)中干燥所使用的设备为箱式干燥箱。

10.一种如权利要求1～9中任一项所述的制备方法制备得到的油茶壳活性炭。