CN113198432B - 一种生物质活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及吸附材料技术领域，尤其涉及一种生物质活性炭的制备方法。所述生物质活性炭通过以下步骤的方法制备而成：(1)将活性炭加入到盐酸溶液中，加热回流3～4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与改性麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4‑二甲氨基吡啶，加热回流6～8h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；(3)将步骤(2)获得的改性麦芽糊精络合活性炭与改性环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流8～10h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。该生物质活性炭对铬离子的吸附效果最佳，其次分别是汞离子、铅离子。

Description

一种生物质活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及吸附材料技术领域，尤其涉及一种生物质活性炭的制备方法。
背景技术
活性炭具有孔隙丰富、比表面积高、吸附性能及稳定性好等优点，被广泛应用于催化降解、污水处理、空气净化及储能器件等诸多领域。此外，在食品、化工、医药和环保等方面也有着巨大的意义。活性炭还具有耐酸、耐碱、耐热及再生方便等特点使得其在保护环境和改善人类生活质量中发挥着越来越重要的作用。近年来利用生物质材料作为前驱体制备活性炭在上述领域的研究得到了极大关注。生物质材料是指任何可再生或可循环的有机质，包括植物、动物及微生物等有机质，具有价格低廉、来源丰富、环境友好等特点。生物质材料灰分低，硬度适中，是制备活性炭的优质资源。目前，生物质活性炭产品主要以木屑、木炭、椰子壳、核桃壳、杏壳等农业废弃物作为原料制备而得。这些生物质活性炭通常具有杂质难以去除、吸附量低、性能需要优化等缺点促使人们寻找更高性能的活性炭。
目前治理和控制生活和工业污水的方法主要有化学法、物理法、物化法和生物法，其中物理法是常用的方法，其吸附工艺简单、运行可靠、既可以作为单独的治理手段使用，也可以与化学、生物法进行连用，成为治理生活和工业污水的常用方法，目前国内外关于利用吸附法处理生活和工业污水的研究也越来越多，常用的吸附剂有活性炭、沸石、硅藻土等，虽然现有的吸附剂吸附容量大，但是价格昂贵、使用寿命短，操作费用高，因此，寻求吸附性能更加优异，价格低廉的吸附剂也是本领域一直研究的方向。
基于上述情况，本发明提出了一种生物质活性炭的制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质活性炭的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种生物质活性炭的制备方法，所述生物质活性炭通过以下步骤的方法制备而成：
(1)将活性炭加入到盐酸溶液中，加热回流3～4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与改性麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流6～8h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的改性麦芽糊精络合活性炭与改性环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流8～10h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
优选地，所述步骤(1)中盐酸溶液的浓度为8～10mol/L。
优选地，所述步骤(1)中活性炭与盐酸溶液的用量比为1g：15～20mL。
优选地，所述步骤(2)中酸化活性炭与改性麦芽糊精的质量比为1:6～8。
优选地，所述步骤(2)中酸化活性炭与正丁醇的用量比为1g：20～25mL。
优选地，所述步骤(2)中酸化活性炭与4-二甲氨基吡啶的质量比为1:0.2～0.5。
优选地，所述步骤(3)中改性麦芽糊精络合活性炭与改性环糊精的质量比为1:2～3。
优选地，所述步骤(3)中改性麦芽糊精络合活性炭与75％乙醇的用量比为1g：10～15mL。
优选地，所述步骤(3)中改性麦芽糊精络合活性炭与氧化锌的质量比为1:0.1～0.3。
优选地，所述改性麦芽糊精由磷酸酯、醋酸酯、羟甲基中的一种或多种与麦芽糊精反应改性得到。
优选地，所述改性环糊精由烷基、羟烷基、磺烃基中的一种或多种与环糊精反应改性得到。
优选地，所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精的其中一种或两种以上的组合。
优选地，所述烷基为甲基。
优选地，所述羟烷基为羟乙基或羟丙基。
优选地，所述磺烃基为磺甲基、磺乙基、磺丙基、磺丁基的其中一种。
优选地，所述活性炭为果壳、煤质或木质颗粒状活性炭中的其中一种或两种以上的组合。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明首次将活性炭依次采用改性麦芽糊精以及改性环糊精络合得到全新的生物质活性炭，该生物质活性炭能够同时对工业污水中的铅、铬、汞离子具有出色的吸附效果；其中，该生物质活性炭对铬离子的吸附效果最佳，其次分别是汞离子、铅离子。
2.本发明能够有效同时脱除污水中的多种重金属，打破了常规活性炭只能吸附单一重金属的局限，并且制备原料来源丰富，工艺条件采用现有设备即可完成，能够实现大规模的工业化生产。
具体实施方式
实施例1
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)将活性炭加入到的8mol/L盐酸溶液中，加热回流3h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与醋酸酯麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流6h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与2-羟乙基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流8h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
实施例2
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)将活性炭加入到的9mol/L盐酸溶液中，加热回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与醋酸酯麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流8h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与2-羟乙基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流10h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
实施例3
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)将活性炭加入到的10mol/L盐酸溶液中，加热回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与醋酸酯麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流7h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与2-羟乙基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流9h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
对比例1
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)将活性炭加入到的10mol/L盐酸溶液中，加热回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与羟甲基麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流7h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的羟甲基麦芽糊精络合活性炭与2-羟乙基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流9h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
对比例2
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)将活性炭加入到的10mol/L盐酸溶液中，加热回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与醋酸酯麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流7h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与磺丁基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流9h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
对比例3
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)将活性炭加入到的10mol/L盐酸溶液中，加热回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与醋酸酯麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流7h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与三甲基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流9h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
对比例4
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)将活性炭加入到的10mol/L盐酸溶液中，加热回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；
(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与羟甲基麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流7h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到改性麦芽糊精络合活性炭；
(3)将步骤(2)获得的羟甲基麦芽糊精络合活性炭与磺丁基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流9h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭。
表1
实施例4污水处理结果测试
分别取实施例1～3、对比例1～4的生物质活性炭各1g分别置于1L含150mg硝酸铅、硝酸铬、硝酸汞的水溶液中，在pH为7，温度为25℃条件下吸附2h；测量各组中水溶液中的铅离子、铬离子、汞离子的含量。测试结果见表2。
表2污水处理结果测试
铅离子(mg/L) 铬离子(mg/L) 汞离子(mg/L)
实施例1 56 28 42
实施例2 58 30 46
实施例3 55 27 41
对比例1 85 48 62
对比例2 72 42 58
对比例3 70 41 54
对比例4 132 108 115
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (1)

1.一种生物质活性炭的制备方法，其特征在于，所述生物质活性炭通过以下步骤的方法制备而成：(1)将活性炭加入到盐酸溶液中，加热回流3～4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至pH为5～6，干燥后得酸化活性炭；(2)将步骤(1)获得的酸化活性炭与醋酸酯麦芽糊精加入到正丁醇中混匀，加入4-二甲氨基吡啶，加热回流6～8h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到醋酸酯麦芽糊精络合活性炭；(3)将步骤(2)获得的醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与2-羟乙基-β-环糊精加入到75％乙醇中混匀，加入氧化锌，加热回流8～10h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，干燥后得到生物质活性炭；所述步骤(1)中盐酸溶液的浓度为8～10mol/L，活性炭与盐酸溶液的用量比为1g：15～20mL；所述步骤(2)中酸化活性炭与醋酸酯麦芽糊精的质量比为1:6～8，酸化活性炭与正丁醇的用量比为1g：20～25mL，酸化活性炭与4-二甲氨基吡啶的质量比为1:0.2～0.5；所述步骤(3)中醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与2-羟乙基-β-环糊精的质量比为1:2～3，醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与75％乙醇的用量比为1g：10～15mL，醋酸酯麦芽糊精络合活性炭与氧化锌的质量比为1:0.1～0.3。
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