CN117263180A - 一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,包括如下步骤:将桉树枝条洗净、烘干、粉碎,在500‑700℃下炭化35‑45min,用活化剂在700‑750℃下活化80‑120min后冷却至室温取出;然后将活化后的桉树枝条在稀盐酸中浸泡30min,60‑70℃下搅拌1.5‑3h,再用蒸馏水冲洗至中性,于60‑100℃恒温干燥箱干燥6‑10h,过150目筛,得到粉末状桉树枝条活性炭;桉树枝条与活化剂的质量比为1:2‑4。本发明简单易操作,原材料来源广泛,价格低廉,对环境污染小,制备活性炭的产率最高达69.46%,具有丰富的孔隙结构及较大的比表面积,中微孔比率最高94.5694%,桉树枝条活性炭的碘吸附值为3178.55mg/g,亚甲基兰吸附值为60.91mL/0.1g,对甲醛的吸附性能达到了国家标准。
Description
技术领域
本发明涉及利用废弃生物质制备活性炭技术领域,尤其涉及一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法。
背景技术
活性炭是一种多功能碳材料,因具有孔隙结构发达、比表面积大、吸附效率高等优点而被广泛应用于水处理、环境保护、农业等许多领域。传统商业活性炭的原材料通常以煤基为主,生物质材料的活性炭以木材等为原料,生物质材料来源广泛,目前研究较多的是农林废弃物(如农作物秸秆、稻壳、树皮、木屑等)。农林废弃物价格低廉,容易获取,且制备活性炭的工艺简单,利用农林废弃物生物质资源为原料制备活性炭具有重要的意义。
桉树因生长快、抗逆性强、用途广等而被世界各国广为种植,是世界三大速生树种之一。目前,我国桉树种植面积仅次于巴西,高居世界第二,广西是中国桉树种植面积最大的省区。我国桉树人工林对促进地方经济发展做出了重要的贡献,但与此同时,在桉树人工林经营过程中,每年会有大量的废弃物枝条产生,如不能合理处理,会导致严重的环境污染,也造成资源浪费。如将桉树废弃物枝条制备成为活性炭,既可以拓宽废弃物资源化利用途径,减少废弃物污染,又可以提供一种生态环保的污染物修复材料。
利用数量丰富、取材容易的农林废弃物制备活性炭受到越来越多的关注。活性炭由于原材料的不同,比表面积、孔径结构等性能存在差异,需要针对不同原料的制备方法进行研究。
但是在现有技术中,尚未见有利用桉树人工林废弃物枝条制备成活性炭的方法的相关报道。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明的目的是为了解决现有技术中尚未见有利用桉树人工林废弃物枝条制备成活性炭方法的问题,而提出的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法。
2.技术方案
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:收集桉树人工林废弃物枝条,去除桉树枝条表面的泥土等其他杂质,保留枝条;将桉树枝条用蒸馏水清洗、105℃的烘箱中烘干、将其含水率控制在10%-12%,粉碎;
步骤2:在500-700℃下炭化35-45min,用活化剂在700-750℃下活化80-120min后冷却,桉树枝条与活化剂的质量比为1:2-4;
步骤3:然后将活化后的桉树枝条在稀盐酸中浸泡30min,60-70℃搅拌1.5-3h,再用蒸馏水冲洗至中性;
步骤4:将冲洗后的桉树枝条于60-100℃恒温干燥箱干燥6-10h,干燥,过150目筛,得到粉末状桉树枝条活性炭。
优选地,所述步骤1中桉树枝条粉碎至1-2cm。
优选地,所述步骤2中活化剂为NaOH或NaOH、KOH和K2CO3的混合物。
优选地,所述NaOH、KOH和K2CO3的混合物中NaOH:KOH:K2CO3的质量比为2:1:1。
优选地,所述步骤2中活化后的产物冷却至室温,且冷却过程中产物不与空气接触。
优选地,所述步骤3中稀盐酸的浓度为0.20mol/L。
优选地,所述步骤3中蒸馏水的温度为常温。
优选地,所述桉树枝条活性炭在用NaOH活化时为中孔活性炭,碘吸附值为2786.76mg/g,亚甲基蓝吸附值为45.85mL/0.1g。
优选地,所述桉树枝条活性炭在用NaOH和KOH的混合物活化时,活性炭存在丰富的中孔和微孔结构,碘吸附值为2975.07mg/g,亚甲基蓝吸附值为53.62mL/0.1g。
优选地,所述桉树枝条活性炭在用NaOH、KOH和K2CO3的混合物活化时,活性炭存在更丰富的中孔和微孔结构,碘吸附值为3178.55mg/g,亚甲基蓝吸附值为60.91mL/0.1g。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的优点在于:
(1)本发明中,通过对不同活化剂的比较,发现对于桉树废弃物枝条采用NaOH、KOH和K2CO3混合物活化制备活性炭,活化效果更好。对照国家标准,使用本发明技术方案制备的桉树枝条活性炭,其碘吸附值、亚甲基蓝吸附值均显著高于国家木质净水一级活性炭的标准值;对室内甲醛具有很强的吸附性能,且达到了国家标准。
(2)本发明中,充分利用林业废弃物,实现废物再利用,成本低,腐蚀性低,对环境污染小;制备工艺简单,便于在生产中规模化推广应用。既为林业废弃物枝条的资源化利用提供了新的方法,又可节省煤炭、木材等一次性能源消耗,也为活性炭的生产研发了新的原材料。本发明除制备活性生物炭外,炭化中的副产物木醋液等可回收利用,能用于土壤改良等用途。
附图说明
图1为本发明提出的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法的工艺流程图。
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。
实施例1:
参照图1,一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:收集桉树人工林废弃物枝条,去除桉树枝条表面的泥土等其他杂质,保留枝条;将桉树枝条用蒸馏水清洗、105℃的烘箱中烘干、将其含水率控制在10%-12%,粉碎,桉树枝条粉碎至1-2cm;
步骤2:在500-700℃下炭化35-45min,用活化剂在700-750℃下活化80-120min后冷却,活化后的产物冷却至室温,且冷却过程中产物不与空气接触,桉树枝条与活化剂的质量比为1:2-4;
步骤3:然后将活化后的桉树枝条在稀盐酸中浸泡30min,稀盐酸的浓度为0.20mol/L,60-70℃搅拌1.5-3h,再用蒸馏水冲洗至中性,活化剂为NaOH或NaOH、KOH和K2CO3的混合物,NaOH、KOH和K2CO3的混合物中NaOH:KOH:K2CO3的质量比为2:1:1;
步骤4:将冲洗后的桉树枝条于60-100℃恒温干燥箱干燥6-10h,干燥,过150目筛,得到粉末状桉树枝条活性炭。
本发明中,通过对不同活化剂的比较,发现对于桉树废弃物枝条采用NaOH、KOH和K2CO3混合物活化制备活性炭,活化效果更好。对照国家标准,使用本发明技术方案制备的桉树枝条活性炭,其碘吸附值、亚甲基蓝吸附值均显著高于国家木质净水一级活性炭的标准值;对室内甲醛具有很强的吸附性能,且达到了国家标准。
本发明中,充分利用林业废弃物,实现废物再利用,成本低,腐蚀性低,对环境污染小;制备工艺简单,便于在生产中规模化推广应用。既为林业废弃物枝条的资源化利用提供了新的方法,又可节省煤炭、木材等一次性能源消耗,也为活性炭的生产研发了新的原材料。本发明除制备活性生物炭外,炭化中的副产物木醋液等可回收利用,能用于土壤改良等用途。
实施例2:
将收集的桉树林废弃物枝条,蒸馏水洗净、105℃的烘箱中烘干、将其含水率控制在10%-12%,粉碎至1-2cm。炭化温度700℃,炭化40min,枝条与NaOH质量比为1:3,活化时间120min,活化温度700℃,在加热炉中加热,冷却至室温,取出。将其在0.20mol/L的稀盐酸中浸泡30min,在65℃左右下不断搅拌2.0h,使用45℃左右的蒸馏水冲洗至中性,干燥冷却,过150目筛,得到粉末状桉树枝条活性炭。此条件下,所制备活性炭产率为59.56%,孔容为0.3865cm3/g,比表面积为604.45m2/g,平均孔径为4.46nm,中微孔比率87.9801%;碘吸附值为2786.76mg/g,亚甲基蓝吸附值为45.85mL/0.1g,明显高于国家木质净水一级活性炭的标准(GBT138032-1999,木质净水用活性炭一级品质量指标:碘吸附值≥1000mg/g,亚甲基蓝值≥9mL/0.1g)。
实施例3:
本实施例中,将收集的桉树林废弃物枝条,蒸馏水洗净、105℃的烘箱中烘干、将其含水率控制在10%-12%,粉碎至1-2cm。炭化温度600℃,炭化40min,在活化温度750℃、活化时间100min、使用活化剂(NaOH和KOH)进行活化,桉树枝条:NaOH:KOH的质量比为1:2:1。在加热炉中加热,冷却至室温取出。将其在0.20mol/L的稀盐酸中浸泡30min,在65℃左右下不断搅拌2.0h,使用45℃左右的蒸馏水冲洗至中性,干燥冷却,过150目筛,得到粉末状桉树枝条活性炭。此条件下,所制备活性炭产率为65.49%,孔容为0.4048cm3/g,比表面积为685.64m2/g,平均孔径为5.59nm,中微孔比率91.0745%;碘吸附值为2975.07mg/g,亚甲基蓝吸附值为53.62mL/0.1g,明显高于国家木质净水一级活性炭的标准(GBT138032-1999,木质净水用活性炭一级品质量指标:碘吸附值≥1000mg/g,亚甲基蓝值≥9mL/0.1g)。
实施例4:
本实施例中,将收集的桉树林废弃物枝条,蒸馏水洗净、105℃的烘箱中烘干、将其含水率控制在10%-12%,粉碎至1-2cm。炭化温度500℃,炭化40min,在活化温度750℃、活化时间80min、使用活化剂(NaOH、KOH和K2CO3)进行活化,桉树枝条:NaOH:KOH:K2CO3的质量比为1:2:1:1。在加热炉中加热,冷却至室温取出。
本实施例中,将其在0.20mol/L的稀盐酸中浸泡30min,在65℃左右下不断搅拌2.0h,使用45℃左右的蒸馏水冲洗至中性,干燥冷却,过150目筛,得到粉末状桉树枝条活性炭。此条件下,所制备活性炭产率为69.46%,孔容为0.4521cm3/g,比表面积为778.53m2/g,平均孔径为6.25nm,中微孔比率94.5694%;碘吸附值为3178.55mg/g,亚甲基蓝吸附值为60.91mL/0.1g,明显高于国家木质净水一级活性炭的标准(GBT138032-1999,木质净水用活性炭一级品质量指标:碘吸附值≥1000mg/g,亚甲基蓝值≥9mL/0.1g)。
实施例5:
本实施例为本发明活性炭实施例一、例二和例三的室内甲醛吸附性能测试。分别采用本发明活性炭实施例一、例二和例三,对三个甲醛浓度不一样的实验室中的甲醛进行吸附,其中每小时流经活性炭的气体量为室内容积的8倍,经过8h的净化,净化前实验室内甲醛浓度分别为0.49mg/m3、0.55mg/m3和0.62mg/m3,净化后室内的甲醛浓度分别为0.02mg/m3、0.03mg/m3和0.03mg/m3,均低于国家标准规定(GB/T18883-2002,室内空气质量标准,甲醛标准值为0.10mg/m3),表明本发明活性炭实施例均对室内甲醛具有较强的吸附性能。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:收集桉树人工林废弃物枝条,去除桉树枝条表面的泥土等其他杂质,保留枝条;将桉树枝条用蒸馏水清洗、105℃的烘箱中烘干、将其含水率控制在10%-12%,粉碎;
步骤2:在500-700℃下炭化35-45min,用活化剂在700-750℃下活化80-120min后冷却,桉树枝条与活化剂的质量比为1:2-4;
步骤3:然后将活化后的桉树枝条在稀盐酸中浸泡30min,60-70℃搅拌1.5-3h,再用蒸馏水冲洗至中性;
步骤4:将冲洗后的桉树枝条于60-100℃恒温干燥箱干燥6-10h,干燥,过150目筛,得到粉末状桉树枝条活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述步骤1中桉树枝条粉碎至1-2cm。
3.根据权利要求1所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述步骤2中活化剂为NaOH或NaOH、KOH和K2CO3的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述NaOH、KOH和K2CO3的混合物中NaOH:KOH:K2CO3的质量比为2:1:1。
5.根据权利要求1所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述步骤2中活化后的产物冷却至室温,且冷却过程中产物不与空气接触。
6.根据权利要求1所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述步骤3中稀盐酸的浓度为0.20mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述步骤3中蒸馏水的温度为常温。
8.根据权利要求3所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述桉树枝条活性炭在用NaOH活化时为中孔活性炭,碘吸附值为2786.76mg/g,亚甲基蓝吸附值为45.85mL/0.1g。
9.根据权利要求3所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述桉树枝条活性炭在用NaOH和KOH的混合物活化时,活性炭存在丰富的中孔和微孔结构,碘吸附值为2975.07mg/g,亚甲基蓝吸附值为53.62mL/0.1g。
10.根据权利要求3所述的一种桉树人工林废弃物枝条活性炭的制备方法,其特征在于,所述桉树枝条活性炭在用NaOH、KOH和K2CO3的混合物活化时,活性炭存在更丰富的中孔和微孔结构,碘吸附值为3178.55mg/g,亚甲基蓝吸附值为60.91mL/0.1g。
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