CN113830767A - 一种用废弃餐盒制取活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，以废弃餐盒样品以及生物质为原料，按质量比混合均匀，再与发泡剂及改性剂混合后，加热煅烧，煅烧产物经洗涤、烘干得到活性炭。本发明提供的制备方法简单易操作，不仅能够简化现有的活性炭的生产工艺，而且能够实现废弃餐盒的最大资源化。
Description
技术领域
本发明属于多孔炭材料技术领域，具体涉及一种用废弃餐盒制取活性炭的方法。
背景技术
一次性外卖餐盒主要有塑料型、纸板型、淀粉型、可降解塑料餐盒、纸浆模塑型、生物全降解型、植物纤维型等几种，现有外卖餐盒虽属于可回收垃圾，但是由于垃圾分类体系的不健全，且人工和机器分拣效率有限，外卖餐盒因其质地轻薄，往往在物资回收者眼里不具备回收价值，导致废弃一次性餐盒陷入了难以再利用的尴尬境地。因此，如何对废弃餐盒进行可回收利用是目前的研究重点。
活性炭是一种具有选择吸附性能的炭吸附剂，可以由煤炭、果核、木屑等无机或有机的含碳材料为原料，通过物理高温活化或药品化学活化而成。而废弃餐盒虽然种类复杂，但从其构成情况看，主要为不同种类塑料与生物质，均有较高的含碳量，能够作为制取活性炭的原料。
目前，制取活性炭的工艺一般包括两个阶段:一是在惰性气体氛围中，将原料进行炭化得到炭化料；二是将炭化料进行活化。活化反应是制取活性炭至关重要的环节，其原理是利用活化剂在高温作用下改善炭化料的内部结构，形成更多的小孔，提高孔体积和表面积。
但是，常规方法制取的活性炭，往往微孔(<2nm)占比最高,对于大分子的有机废气尤其二噁英的吸附能力有限，导致活性炭用量大。为了提高活性炭对目标的吸附能力，一般是在已制得的活性炭基础进行表面改性得到。活性炭表面改性的方法主要有氧化改性、还原改性、负载金属改性等。其中，还原改性主要是通过还原剂在适当温度条件下对活性炭表面进行还原处理，引起活性炭表面酸性含氧集团的减少，来提高活性炭表面碱性基团含量的增加，进而使活性炭在处理非极性吸附质时具有更大的优势,含氮官能团是活性炭表面常见的碱性官能团，常用氨水、N2、H2、NH3等还原剂对活性炭进行改性处理，在其表面脱除含氧官能团，同时引入含氮官能团。这种对活性炭表面改性的处理工艺，使活性炭的整体工艺流程变长，成本增加，采用液体药剂改性处理，又存在二次污染问题。为此，我们提供一种用废弃餐盒制取活性炭的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，其特点在于：将废弃餐盒转化为新能源、新材料，不仅解决了废弃餐盒处理不当产生的环境污染问题，还实现了资源的最大化利用，降低了活性炭的制备成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，包括以废弃餐盒样品以及生物质为原料，按质量比为0.5:1-2:1混合均匀，再与发泡剂及改性剂混合后，加热煅烧，煅烧产物经洗涤、烘干得到活性炭。
优选的，所述废弃餐盒样品以不可降解塑料型餐盒、纸板型餐盒、纸浆模塑型餐盒、可降解塑料型餐盒以及木屑为原料，按照质量比为1:0.5:0.3:0.1:0.1经破碎后制得。
优选的，所述生物质为玉米芯或秸秆。
优选的，所述原料、发泡剂以及改性剂的质量比为：1:3:0-1:6:3。
优选的，所述发泡剂为碳酸氢钠。优选的，所述改性剂为草酸铵。
优选的，所述加热煅烧的温度为800～1200℃，保温时间为60～240min。
优选的，所述生物质在混合前，粉碎研磨成50-200目的颗粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用废弃餐盒为原料制备活性炭，实现废弃餐盒的高值化、无害化、资源化利用。
(2)本发明通过“一步法”制取技术，将常规分两段单独进行的过程用一步来实现，减少了二次焙烧导致的能源浪费，工艺操作简单，有明显的节能效果。
(3)本发明在制取过程中均采用干基物料，无液体药剂使用，减少了废液处置环节。
综上所述，本发明将废弃餐盒与生物质间的热解协同、发泡活化、表面改性同步进行，实现“一步法”活性炭制取技术，利用塑料与生物质热解协同作用，以及发泡剂在加热过程中分解产生气泡，增加活性炭内部孔隙结构，改善孔隙结构中介孔与大孔的比例，克服传统制取方法存在的活性炭孔径小的问题。该方法不仅为废弃餐盒的无害化利用指出了方向，更重要的是提出了一种节能、环保、高效的活性炭制取工艺，具有广泛的市场前景。
附图说明
图1为实施例1制备的活性炭的扫描电镜图(SEM)。
图2为实施例1制备的活性炭的氮吸附等温线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所使用的废弃餐盒样品以不可降解塑料型餐盒、纸板型餐盒、纸浆模塑型餐盒、可降解塑料型餐盒以及木屑为原料，按照质量比为1:0.5:0.3:0.1:0.1经破碎后制得。
实施例1
称取0.5g废弃餐盒样品、0.5g粉碎研磨成200目的玉米芯、3g碳酸氢钠以及3g草酸铵，经机械混合后，转移到坩埚中，然后在氮气炉中进行煅烧，在800℃煅烧60min，最后自然降温到室温。煅烧后的产物经去离子水洗涤、烘干得到所述的活性炭。
利用扫描电子显微镜对所制备的活性炭进行表征，结果如图1所示，所制备的活性炭存在大量的孔隙；如图2所示，氮气吸附测试其比表面积为637m2/g。
实施例2
称取0.5g废弃餐盒样品、1g粉碎研磨成200目的玉米芯以及4.5g碳酸氢钠，经机械混合后，转移到坩埚中，然后在氮气炉中进行煅烧，在800℃煅烧60min，最后自然降温到室温。煅烧后的产物经去离子水洗涤、烘干得到所述的活性炭，氮吸附测试其比表面积为514m2/g。
实施例3
称取0.5g废弃餐盒样品、0.5g粉碎研磨成200目的玉米芯、6g碳酸氢钠以及3g草酸铵，经机械混合后，转移到坩埚中，然后在氮气炉中进行煅烧，在1000℃煅烧150min，最后自然降温到室温。煅烧后的产物经去离子水洗涤、烘干得到所述的活性炭，氮吸附测试其比表面积为960m2/g。
实施例4
称取0.5g废弃餐盒样品、0.5g粉碎研磨成50目的玉米芯以及6g碳酸氢钠，经机械混合后，转移到坩埚中，然后在氮气炉中进行煅烧，在1000℃煅烧150min，最后自然降温到室温。煅烧后的产物经去离子水洗涤、烘干得到所述的活性炭，氮吸附测试其比表面积为835m2/g。
实施例5
称取2g废弃餐盒样品、1g粉碎研磨成50目的玉米芯以及9g碳酸氢钠，经机械混合后，转移到坩埚中，然后在氮气炉中进行煅烧，在1200℃煅烧240min，最后自然降温到室温。煅烧后的产物经去离子水洗涤、烘干得到所述的活性炭，氮吸附测试其比表面积为1218m2/g。
实施例6
称取2g废弃餐盒样品、1g粉碎研磨成50目的玉米芯、18g碳酸氢钠以及9g草酸铵，经机械混合后，转移到坩埚中，然后在氮气炉中进行煅烧，在1200℃煅烧240min，最后自然降温到室温。煅烧后的产物经去离子水洗涤、烘干得到所述的活性炭，氮吸附测试其比表面积为1506m2/g。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (5)
1.一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，其特征在于：包括
以废弃餐盒样品以及生物质为原料，按质量比为0.5:1-2:1混合均匀，再与发泡剂及改性剂混合后，加热煅烧，煅烧产物经洗涤、烘干得到活性炭；
所述废弃餐盒样品以不可降解塑料型餐盒、纸板型餐盒、纸浆模塑型餐盒、可降解塑料型餐盒以及木屑为原料，按照质量比为1:0.5:0.3:0.1:0.1经破碎后制得；
所述生物质为玉米芯或秸秆；
所述原料、发泡剂以及改性剂的质量比为：1:3:0-1:6:3。
2.如权利要求1所述的一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，其特征在于：所述发泡剂为碳酸氢钠。
3.如权利要求1所述的一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，其特征在于：所述改性剂为草酸铵。
4.如权利要求1所述的一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，其特征在于：所述加热煅烧的温度为800～1200℃，保温时间为60～240min。
5.如权利要求1所述的一种用废弃餐盒制取活性炭的方法，其特征在于：所述生物质在混合前，粉碎研磨成50-200目的颗粒。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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