CN113522240A - 一种固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质废弃物资源化利用领域中，具体涉及一种固相‑水热改性生物质热解炭制备脱硫活性炭的方法。本方法将水稻秸秆热解炭与氢氧化钠按一定比例混合研磨后放入坩埚中，在N2保护下一定温度活化一定时间，制得材料洗涤、烘干后得到NaOH活化水稻秸秆炭。按不同比例将NaOH活化水稻秸秆炭与尿素混合放入反应釜中，加入一定量的蒸馏水，一定温度下水热一段时间，水热后将釜中沉淀物过滤、洗涤、烘干后即得到脱硫活性炭。本发明的优点是制备的脱硫活性炭脱硫效果好，制备工艺易于操作，实现了秸秆热解炭的功能化利用，适于工业化规模生产。

Description

一种固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法
技术领域
本发明属于生物质废弃物资源化利用领域中，具体涉及一种固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法。
背景技术
随着化石资源的消耗殆尽和生存环境的日益恶化，生物质废弃物有望成为液体燃油的原料。目前生物质油产业化面临的一个重要问题是生物质废弃物热解后残余大量的热解炭，这些热解炭虽具有一定的孔结构，但比表面积较小，因此不满足商业活性炭的使用要求。故利用改性材料或改性剂对热解炭进行修饰，以改变其物理结构、表面酸碱性和官能团等化学性质，使其在吸附容量和成本方面更具优势。本发明所述的一种固相-水热改性生物解制备脱硫活性炭，固相活化操作简便，无需使用有机溶剂，避免对环境造成二次污染，制得的产物孔隙发达，再运用尿素采用水热法进行二次活化，其中尿素不仅能起到掺杂N原子，增加表面官能团的作用，同时水热法能防止杂质引入，得到的活性炭孔数量增加，吸附性能更好。
中国专利201711203039.3
中国专利201710551383.5
中国专利201811507565.3
中国专利201710908435.X
发明内容
本发明的目的在于进一步提高活性炭的脱硫性能，提供一种以水稻秸秆热解炭为原料， NaOH和尿素为活化剂，采用固相-水热交替活化的方法制备脱硫活性炭，该方法制备的秸秆活性炭脱硫效果好，制备工艺易于实现，实现了秸秆热解炭的功能化利用，适于工业化规模生产。
为了实现上述目的，本发明所述的制备方法包括固相氢氧化钠活化秸秆炭的制备、尿素水热法脱硫活性炭的制备，由如下步骤组成：
步骤一，取水稻秸秆，用蒸馏水洗去表面灰尘和杂质，置于90～110℃的烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20～60目筛；将处理后的秸秆放在N2保护的管式电阻炉中以300～500℃炭化30～60min，待其自然冷却后获得秸秆热解炭；
步骤二，将秸秆炭与氢氧化钠以质量比1:0.5～1:3混合研磨1～2min后放入坩埚中，在通有N2的管式电阻炉中以10℃/min升温至400-800℃，活化30-90min，自然冷却后放入烧杯中，加入0.1～0.2mol/LHCl进行搅拌，再用蒸馏水洗至中性，最后将其放在90～110℃的烘箱中烘干制得氢氧化钠活化秸秆炭；
步骤三，将氢氧化钠活化秸秆炭与尿素以质量比1:0.5～1:3混合放入反应釜中，按照氢氧化钠活化秸秆炭与水的固液比(g/mL)为1:30加入蒸馏水，放入烘箱中在110～130℃上水热8～12h，水热完成后将反应釜中沉淀物过滤、用蒸馏水洗至中性，置于90～110℃的烘箱中烘干，自然冷却装袋备用，制得脱硫活性炭；
其中，步骤二中活化温度最优先为500～700℃，活化时间最优先为30～90min，加入HCl 进行搅拌时间为15～30min；
其中，步骤三中水热时间最优先为10～12h，水热温度最优先为120℃；
本发明的优点如下：
硫容量大、脱硫效率高，操作简单，具有很好的工业前景。
原料充足，成本低廉，实现了废物的资源化利用，环境污染小，符合环境保护要求。
附图说明
图1为本发明实施例所制备的一种固相-水热改性生物炭在不同水热温度下吸附H2S时间对比柱状图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：
一种固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法，其特征在于以水稻秸秆热解炭为原料，NaOH和尿素为活化剂，经过固相活化-水热法联合制备，其制备方法如下步骤组成：
步骤一，取水稻秸秆，用蒸馏水洗去表面灰尘和杂质，置于90～110℃的烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20～60目筛；将处理后的秸秆放在N2保护的管式电阻炉中以300～500℃炭化30～60min，待其自然冷却后获得秸秆热解炭；
步骤二，将秸秆炭与氢氧化钠以质量比1:0.5～1:3混合研磨1～2min后放入坩埚中，在通有N2的管式电阻炉中以10℃/min升温至400-800℃，活化30-90min，自然冷却后放入烧杯中，加入0.1～0.2mol/LHCl进行搅拌，再用蒸馏水洗至中性，最后将其放在90～110℃的烘箱中烘干制得氢氧化钠活化秸秆炭；
步骤三，将氢氧化钠活化秸秆炭与尿素以质量比1:0.5～1:3混合放入反应釜中，按照氢氧化钠活化秸秆炭与水的固液比(g/mL)为1:30加入蒸馏水，放入烘箱中在110～130℃上水热8～12h，水热完成后将反应釜中沉淀物过滤、用蒸馏水洗至中性，置于90～110℃的烘箱中烘干，自然冷却装袋备用，制得脱硫活性炭；
其中，步骤二中活化温度最优先为500～700℃，活化时间最优先为30～90min，加入HCl 进行搅拌时间为15～30min；
其中，步骤三中水热时间最优先为10～12h，水热温度最优先为120℃。
实例1
取水稻秸秆，用蒸馏水洗去表面灰尘和杂质，置于100℃的烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20目筛；取3g处理后的秸秆放在N2保护的管式电阻炉中以450℃炭化50min，待其自然冷却后获得秸秆热解炭。将秸秆炭与氢氧化钠以质量比1:2混合研磨2min后放入坩埚中，在通有N2的管式电阻炉中以10℃/min升温至700℃，活化60min，自然冷却后放入烧杯中，加入0.2mol/L HCl进行搅拌，再用蒸馏水洗至中性，最后将其放在100℃的烘箱中烘干制得氢氧化钠活化秸秆炭，从制备好的氢氧化钠秸秆炭中取0.1g放置H2S吸收管中进行H2S性能测定，当H2S的出气浓度达到20ppm时，该产品的吸附H2S时间为90min。将氢氧化钠活化秸秆炭与尿素以质量比1:1混合放入反应釜中，按照氢氧化钠活化秸秆炭与水的固液比(g/mL)为1:30加入蒸馏水，放入烘箱中在120℃上水热12h，水热完成后将反应釜中沉淀物过滤、用蒸馏水洗至中性，置于100℃的烘箱中烘干，自然冷却装袋备用，制得脱硫活性炭，取制备好的样品0.1g于H2S吸收管中进行H2S性能测定，当H2S的出气浓度达到20ppm时，该产品的吸附H2S时间为130min。当放入烘箱中在100℃上水热12h，水热完成后将反应釜中沉淀物过滤、用蒸馏水洗至中性，置于 100℃的烘箱中烘干，自然冷却装袋备用，制得脱硫活性炭，取制备好的样品0.1g于H2S 吸收管中进行H2S性能测定，当H2S的出气浓度达到20ppm时，该产品的吸附H2S时间为117min。
如图1所示为本发明实施例1所制备的一种固相-水热改性生物炭在不同水热温度下吸附H2S 时间对比柱状图，可以观察到当氢氧化钠活化秸秆炭与尿素以质量比1:1、水热温度为120℃时吸附H2S时间为130min，而当水热温度为100℃时吸附H2S时间为117min。
实例2
取水稻秸秆，用蒸馏水洗去表面灰尘和杂质，置于100℃的烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20目筛；取3g处理后的秸秆放在N2保护的管式电阻炉中以450℃炭化50min，待其自然冷却后获得秸秆热解炭。将秸秆炭与氢氧化钠以质量比1:2混合研磨2min后放入坩埚中，在通有N2的管式电阻炉中以10℃/min升温至700℃，活化60min，自然冷却后放入烧杯中，加入0.2mol/L HCl进行搅拌，再用蒸馏水洗至中性，最后将其放在100℃的烘箱中烘干制得氢氧化钠活化秸秆炭，从制备好的氢氧化钠秸秆炭中取0.1g放置H2S吸收管中进行H2S性能测定，当H2S的出气浓度达到20ppm时，该产品的吸附H2S时间为90min。将氢氧化钠活化秸秆炭与尿素以质量比1:2混合放入反应釜中，按照氢氧化钠活化秸秆炭与水的固液比(g/mL)为1:30加入蒸馏水，放入烘箱中在120℃上水热12h，水热完成后将反应釜中沉淀物过滤、用蒸馏水洗至中性，置于100℃的烘箱中烘干，自然冷却装袋备用，制得脱硫活性炭，取制备好的样品0.1g于H2S吸收管中进行H2S性能测定，当H2S的出气浓度达到20ppm时，该产品的吸附H2S时间为108min。而当放入烘箱中在100℃上水热12h，水热完成后将反应釜中沉淀物过滤、用蒸馏水洗至中性，置于 100℃的烘箱中烘干，自然冷却装袋备用，制得脱硫活性炭，取制备好的样品0.1g于H2S 吸收管中进行H2S性能测定，当H2S的出气浓度达到20ppm时，该产品的吸附H2S时间为103min。
如图1所示为本发明实施例2所制备的一种固相-水热改性生物炭在不同水热温度下吸附H2S 时间对比柱状图，可以观察到当氢氧化钠活化秸秆炭与尿素以质量比1:2、水热温度为120℃时吸附H2S时间为108min，而当水热温度为100℃时吸附H2S时间为103min。

Claims (3)

1.一种固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法，其特征在于以水稻秸秆热解炭为原料，NaOH和尿素为活化剂，经过固相活化-水热法联合制备，其制备方法如下步骤组成：
步骤一，取水稻秸秆，用蒸馏水洗去表面灰尘和杂质，置于90～110℃的烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20～60目筛；将处理后的秸秆放在N2保护的管式电阻炉中以300～500℃炭化30～60min，待其自然冷却后获得秸秆热解炭；
步骤二，将秸秆炭与氢氧化钠以质量比1:0.5～1:3混合研磨1～2min后放入坩埚中，在通有N2的管式电阻炉中以10℃/min升温至400-800℃，活化30-90min，自然冷却后放入烧杯中，加入0.1～0.2mol/LHCl进行搅拌，再用蒸馏水洗至中性，最后将其放在90～110℃的烘箱中烘干制得氢氧化钠活化秸秆炭；
步骤三，将氢氧化钠活化秸秆炭与尿素以质量比1:0.5～1:3混合放入反应釜中，按照氢氧化钠活化秸秆炭与水的固液比(g/mL)为1:30加入蒸馏水，放入烘箱中在110～130℃下水热8～12h，水热完成后将反应釜中沉淀物过滤，用蒸馏水洗至中性，置于90～110℃的烘箱中烘干，自然冷却装袋备用，制得脱硫活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法，其特征在于：步骤二中活化温度最优先为500～700℃，活化时间最优先为30～90min，加入HCl进行搅拌时间为15～30min。
3.根据权利要求1所述的固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法，其特征在于：步骤三中水热时间最优先为10～12h，水热温度最优先为120℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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