CN117019101A - 一种负载型活性炭复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负载型活性炭复合材料及其制备方法和应用，属于活性炭技术领域。本发明以炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末混合均匀作为基材粉末，在后续制作流程中分别用保存液、菌液进行浸渍，最后得到负载型活性炭复合材料。其中保存液是将蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油混合均匀并高压蒸汽灭菌后得到，菌液是假单胞菌孢子悬液。相比传统的活性炭，该负载型活性炭复合材料具有孔隙多、孔隙大及吸油量大的优点，解决了传统活性炭吸油量少、回收时容易渗出油污污染环境的问题，其负载的假单胞菌可以分泌大量的脂肪酶以分解吸附的油脂，极大延长了活性炭的使用寿命，解决了传统活性炭使用周期短、难以重复利用的问题。
Description
技术领域
本发明属于活性炭技术领域，涉及一种负载型活性炭复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
活性炭是指一种经特殊处理的炭，将有机原料在隔绝空气的条件下加热进行炭化，以减少非碳成分，然后与气体或液体试剂反应进行活化，表面被侵蚀，产生微孔发达的结构。由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀，所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500～1500m2，活性炭的一切应用，几乎都基于活性炭的这一特点。
负载型活性炭则是指活性炭负载了某些催化活性组分使其对特定物质具有更好的吸附效果的活性炭，常见的有活性炭负载贵金属、硫化物、卤化物、无机酸类等，其中使用活性炭负载稀有贵金属的应用较多。以活性炭为载体时，一般的过程是先将金属盐浸渍负载到活性炭上，然后将载有贵金属的活性炭加热处理，高温热处理后则得到相应的金属氧化物。活性炭作为载体有以下优点：价格低廉，耐酸、碱性质稳定，具有发达的孔隙结构，巨大的比表面积和优良的吸附性能。因此活性炭作为载体的应用日益广泛。
生物净化法和活性炭吸附法是两种有效的油污处理技术，具有各自的优、缺点。如生物净化法去除废水中油脂的效率高，运行费用低，但运行管理比较复杂，使用场景受到限制，处理程度受到限制。活性炭吸附法虽然有很高的处理程度，但价格昂贵，吸附容量较小，使用周期短，难以重复利用，在使用上受到一定限制。以往人们总是把它们截然分开，实际上，若将二者结合起来，活性炭对油脂的吸附和微生物的对油脂的分解相互促进，协同进行，可以大大提高其处理能力、延长使用周期以及重复利用，因此，本发明提供一种负载型活性炭复合材料及其制备方法和应用，以达到上述技术效果。
专利CN1954907A公开了一种负载型活性炭的其制备方法。所述负载型活性炭制备方法以活性炭为载体，添加组分用浸渍法负载到活性炭载体上，添加的组分分布在活性炭绝大部分孔道表面上。所述负载型活性炭采用浸渍法制备，其中浸渍是在高于室温的条件下进行的。所述负载型活性炭制备方法克服了现有技术中负载添加组分不能分布到活性炭大部分孔道上的不足，提高了活性炭的利用率和使用性能。所述负载型活性炭制备方法制备的负载型活性炭根据负载的添加组分及含量的不同可以用于天然气脱硫、烟气脱二氧化硫、废气净化等各种过程。
专利CN108889274A公开了一种负载型活性炭及其制备方法和应用。所述负载型活性炭包括聚合物基的活性炭，及负载在活性炭表面的金属元素K。其制备方法包括：配制金属元素K的盐溶液，将聚合物基炭球置于所述溶液中进行浸渍，浸渍完成后进行活化，得到所述负载型活性炭。由于所述的活性炭水相容性较好，因此负载金属元素的容量相对于普通活性炭更高。由于其高负载量，进而在用作吸附剂吸附有毒、有害气体时，吸附效果更好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载型活性炭复合材料及其制备方法和应用，具有吸油量大、分解油脂效率高、使用周期长、可以重复利用的特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种负载型活性炭复合材料的制备方法，包含以下步骤：
H1.制备活性炭复合材料；
H2.配制保存液；
H3.配制菌液；
H4.将活性炭复合材料依次置于保存液、菌液中浸渍；
H5.浸渍完成后室温干燥，得到负载型活性炭复合材料；
H6.将负载型活性炭复合材料干燥后真空封装。
活性炭复合材料的制备包含以下步骤：
I1.将炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末混合均匀作为基材粉末；
I2.将羧甲基纤维素钠及无机硅酸盐混合均匀作为粘结剂；
I3.将基材粉末及粘结剂按质量比8:2混合后依次进行炭化、活化、压制成型，得到活性炭复合材料。
保存液的制备包含以下步骤：
J1.将蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油混合均匀得到混合溶液；
J2.将混合溶液置于高压蒸汽锅中121～131℃高压灭菌15～30min后冷却至室温，得到保存液。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤H3所述的菌液是指浓度为6×103～9×103cfu/ml的假单胞菌孢子悬液。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤H4所述的置于保存液中的浸渍温度为25～35℃，时长为1～3h，置于菌液中的浸渍温度为32～37℃，时长为18～24h。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤I1所述的炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末的质量比为2～4:3～5:1～3。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤I2所述的羧甲基纤维素钠及无机硅酸盐的质量比为8～15:2～5。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤J1所述的蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油的质量比6～9:5～10:5～10:2～5:25～30。
一种上述的制备方法所制备得到的负载型活性炭复合材料。
进一步地，所述负载型活性炭复合材料可应用于污水厂、实验室、厨房及下水道以吸附及分解油脂。
本发明的有益效果：
(1)本发明使用炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末作为基底材料，经过炭化、活化后得到活性炭复合材料，相比传统的活性炭，该活性炭复合材料具有孔隙多、孔隙大及吸油量大的优点，解决了传统活性炭吸油量少、回收时容易渗出油污污染环境的问题。
(2)本发明开创性地以活性炭复合材料为载体负载假单胞菌得到负载型活性炭复合材料，假单胞菌可以分泌大量的脂肪酶以分解吸附的油脂，极大延长了活性炭的使用寿命，解决了传统活性炭使用周期短、难以重复利用的问题。
(3)本发明所提供保存液的可以减少假单胞菌在产品封装后运输及待售期间的死亡率，确保产品在使用时假单胞菌仍具备活性。
(4)本发明所提供的活性炭复合材料、营养液以及负载的假单胞菌三者协同作用，提高了吸附油脂及分解油脂的效率。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
一种负载型活性炭复合材料的制备方法，包含以下步骤：
H1.制备活性炭复合材料；
H2.配制保存液；
H3.配制浓度为6×103cfu/ml的假单胞菌孢子悬液；
H4.将活性炭复合材料依次置于保存液、菌液中浸渍，置于保存液中的浸渍温度为25℃，时长为3h，置于菌液中的浸渍温度为32℃，时长为24h；
H5.浸渍完成后室温干燥，得到负载型活性炭复合材料；
H6.将负载型活性炭复合材料干燥后真空封装。
活性炭复合材料的制备包含以下步骤：
J1.将炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末按质量比2:3:1混合均匀作为基材粉末；
J2.将羧甲基纤维素钠及硅酸钠按质量比8:2混合均匀作为粘结剂；
J3.将基材粉末及粘结剂按质量比8:2混合后依次进行炭化、活化、压制成型，炭化条件为500℃下炭化30min，活化条件为用ZnCl2作为活化剂活化30min，得到活性炭复合材料。
保存液的制备包含以下步骤：
I1.将蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油按质量比6:5:5:2:25混合均匀得到混合溶液；
I2.将混合溶液置于高压蒸汽锅中121℃高压灭菌30min后冷却至室温，得到保存液。
实施例2
一种负载型活性炭复合材料的制备方法，包含以下步骤：
H1.制备活性炭复合材料；
H2.配制保存液；
H3.配制浓度为7×103cfu/ml的假单胞菌孢子悬液；
H4.将活性炭复合材料依次置于保存液、菌液中浸渍，置于保存液中的浸渍温度为30℃，时长为2h，置于菌液中的浸渍温度为35℃，时长为22h；
H5.浸渍完成后室温干燥，得到负载型活性炭复合材料；
H6.将负载型活性炭复合材料干燥后真空封装。
活性炭复合材料的制备包含以下步骤：
J1.将炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末按质量比3:4:2混合均匀作为基材粉末；
J2.将羧甲基纤维素钠及硅酸钠按质量比12:4混合均匀作为粘结剂；
J3.将基材粉末及粘结剂按质量比8:2混合后依次进行炭化、活化、压制成型，炭化条件为500℃下炭化30min，活化条件为用ZnCl2作为活化剂活化30min，得到活性炭复合材料。
保存液的制备包含以下步骤：
I1.将蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油按质量比8:9:9:4:28混合均匀得到混合溶液；
I2.将混合溶液置于高压蒸汽锅中126℃高压灭菌20min后冷却至室温，得到保存液。
实施例3
一种负载型活性炭复合材料的制备方法，包含以下步骤：
H1.制备活性炭复合材料；
H2.配制保存液；
H3.配制浓度为9×103cfu/ml的假单胞菌孢子悬液；
H4.将活性炭复合材料依次置于保存液、菌液中浸渍，置于保存液中的浸渍温度为35℃，时长为1h，置于菌液中的浸渍温度为37℃，时长为18h；
H5.浸渍完成后室温干燥，得到负载型活性炭复合材料；
H6.将负载型活性炭复合材料干燥后真空封装。
活性炭复合材料的制备包含以下步骤：
J1.将炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末按质量比4:5:3混合均匀作为基材粉末；
J2.将羧甲基纤维素钠及硅酸钠按质量比15:5混合均匀作为粘结剂；
J3.将基材粉末及粘结剂按质量比8:2混合后依次进行炭化、活化、压制成型，炭化条件为500℃下炭化30min，活化条件为用ZnCl2作为活化剂活化30min，得到活性炭复合材料。
保存液的制备包含以下步骤：
I1.将蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油按质量比9:10:10:5:30混合均匀得到混合溶液；
I2.将混合溶液置于高压蒸汽锅中131℃高压灭菌15min后冷却至室温，得到保存液。
对比例1
不使用菌液进行浸渍，其余操作步骤参照实施例2。
对比例2
不使用保存液进行浸渍，其余操作步骤参照实施例2。
对比例3
仅将炭粉作为基材粉末，其余操作步骤参照实施例2。
对比例4
不使用保存液、菌液进行浸渍，其余操作步骤参照实施例2。
对比例5
仅将炭粉作为基材粉末，不使用保存液进行浸渍，其余操作步骤参照实施例2。
对比例6
仅将炭粉作为基材粉末，不使用菌液进行浸渍，其余操作步骤参照实施例2。
性能测试：准确称取50g实施例1～3及对比例1～6所制得的负载型活性炭复合材料进行油吸附测试，分别准确称量油吸附后经过0、8、16、32、64h的重量，并记录如下。
由表1可以看出，相比于仅将炭粉作为基材粉末，以炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末作为基材粉末所制得的负载型活性炭复合材料吸油效果更好；使用菌液浸渍后得到的负载型活性炭复合材料具有良好的分解油脂的效果；相比于不使用保存液进行浸渍，使用保存液进行浸渍后得到的负载型活性炭复合材料分解油脂的效果更好；相比于对比例组，使用本发明所提供的配方及制备方法所制得的负载型活性炭复合材料吸附油脂、分解油脂的效果更好。
表1负载型活性炭复合材料油吸附后经过不同时间后的重量(g)
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
H1.制备活性炭复合材料；
H2.配制保存液；
H3.配制菌液；
H4.将活性炭复合材料依次置于保存液、菌液中浸渍；
H5.浸渍完成后室温干燥，得到负载型活性炭复合材料；
H6.将负载型活性炭复合材料干燥后真空封装。
2.根据权利要求1所述的一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤H1所述的活性炭复合材料的制备包含以下步骤：
I1.将炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末混合均匀作为基材粉末；
I2.将羧甲基纤维素钠及无机硅酸盐混合均匀作为粘结剂；
I3.将基材粉末及粘结剂按质量比8:2混合后依次进行炭化、活化、压制成型，得到活性炭复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤H2所述的保存液的制备包含以下步骤：
J1.将蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油混合均匀得到混合溶液；
J2.将混合溶液置于高压蒸汽锅中121～131℃高压灭菌15～30min后冷却至室温，得到保存液。
4.根据权利要求1所述的一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤H3所述的菌液是指浓度为6×103～9×103cfu/ml的假单胞菌孢子悬液。
5.根据权利要求1所述的一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤H4所述的置于保存液中的浸渍温度为25～35℃，时长为1～3h，置于菌液中的浸渍温度为32～37℃，时长为18～24h。
6.根据权利要求2所述的一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤I1所述的炭粉、酚醛树脂粉末及PE树脂粉末的质量比为2～4:3～5:1～3。
7.根据权利要求2所述的一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤I2所述的羧甲基纤维素钠及无机硅酸盐的质量比为8～15:2～5。
8.根据权利要求3所述的一种负载型活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，步骤J1所述的蛋白胨、酸水解酪蛋白、硫酸钾、氯化镁及甘油的质量比6～9:5～10:5～10:2～5:25～30。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的负载型活性炭复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种负载型活性炭复合材料，其特征在于，所述负载型活性炭复合材料可应用于污水厂、实验室、厨房及下水道以吸附及分解油脂。
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| CN202311136261.1A CN117019101A (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 一种负载型活性炭复合材料及其制备方法和应用 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117414803A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-01-19 | 广东韩研活性炭科技股份有限公司 | 一种复合除臭活性炭材料及其制备方法和应用 |
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| CN117414803B (zh) * | 2023-12-19 | 2024-04-30 | 广东韩研活性炭科技股份有限公司 | 一种复合除臭活性炭材料及其制备方法和应用 |
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