CN1480396A - 剑麻茎基活性炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于活性炭的制造技术领域，具体是指一种以剑麻茎为原料制备活性炭的方法。本发明是以剑麻茎(俗称麻头)为原料，经过浸泡预处理、炭化、活化、水洗、烘干等工序制得块状的剑麻茎基活性炭。炭化活化过程在氮气保护下进行，采用水蒸气为活化剂，所得产品灰分低，比表面积大，中孔含量丰富(40～70％)，有一定的强度，吸附性能良好并且具有氧化还原功能。目前对剑麻茎的开发利用仍然较少，多作为燃料或废弃物，原料来源丰富，价格低廉。本发明方法变废为利，为剑麻副产品的综合利用提供了新途径。
Description
技术领域
本发明属于活性炭的制造技术领域，具体是指一种以剑麻茎为原料制备活性炭的方法。
背景技术
活性炭是一种多孔性吸附剂，广泛应用于石油、化工、食品、医药、轻工、环保、国防等领域。制造活性炭的原料多种多样，常用的包括木质，煤质，果核、果壳，高分子与工业废料等。我国地域辽阔，自然资源丰富，而且不同的地区各有特点，可用于活性炭生产的植物基原料品种繁多，其中有不少已实现工业化生产，还有一些正处于试验阶段。
但是，随着全社会环境意识的增强，人们越来越关注到保护森林资源的重要性。为解决木质活性炭原料日渐贫乏的问题，一方面要加强对农林生产废料及工业生产剩余物等的再生利用研究，另一方面要积极开发新的替代原料，
用果核和果壳制成的活性炭，因机械强度高，粒度较均匀，表面性能较好，并且可多次再生反复使用，在气、液相吸附，脱色精制，作为催化剂载体和提取黄金方面具有重要的用途，所以这方面的研究开发非常活跃。
在众多的果核壳活性炭当中，最成熟和性能最好的首推用椰子壳制造的活性炭。因为椰壳是一种比较坚硬的果壳，生产出的活性炭强度高，含杂质少，具有非常好的气相和液相吸附能力。目前，椰壳活性炭的主要生产国有日本和菲律宾，生产能力均在万吨以上。生产能力在数千吨级的国家包括中国、美国、法国和英国等，还有泰国等产量在千吨以下。但和其他果核壳活性炭一样，椰壳活性炭的生产需经历炭化→破碎→活化→再破碎等工序，工艺繁复，相应设备较多，而且椰壳原料较贵，活性炭产品价格较高。由于我国的椰壳资源短缺，长期以来一直处于供不应求的状态，每年都必须从国外大量进口。
剑麻(学名：Agave Sisalana Perrine，英文名：Sisal)，又称“西沙尔麻”，龙舌兰科多年生草本植物，茎粗壮而缩短，开花时主茎可达5米以上。叶在短缩的茎上着生成莲座状，形状如剑，故名。原产于墨西哥，性喜温、耐旱，适合在热带、亚热带广大地区栽培，在我国主要生长在海南、广东、广西和福建等地区。其叶纤维具有色泽洁白，质地坚韧，富有弹性，拉力强，耐磨擦，耐水浸，耐腐蚀，不易打滑的特点，广泛应用于渔业、航海、工矿、运输、油田等事业上，以及用来编织剑麻地毯、工艺品等生活用品。
栽培剑麻的主要目的是为了获取其叶片中的硬质纤维，当剑麻生长数年后，停止分化叶片而抽轴开花时，生产上不再有收获，必须对植株进行淘汰更新。更新时割去叶片后留下的剑麻茎(俗称麻头)目前大部分被废弃或作为燃料使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的植物基原料，即以价廉丰富的剑麻茎为原料来制备活性炭的方法，从而做到变废为利，节约资源，为剑麻副产品的综合利用开辟新途径。
为了达到上述目的，本发明以剑麻茎为原料，其制备方法的具体操作步骤如下：
将剑麻茎用水洗净晾干后锯成小块，长约10～20cm，宽约5cm，高约3cm，经预处理后，在氮气保护下以5～10℃/min的速度升温至700～900℃炭化，炭化时间10～30分钟，在恒温度通入流量为1～5mL/min的水蒸汽活化10～100分钟，然后在氮气保护下使之冷却到室温，并从炉内取出产品水洗(必要时用酸洗)以除去其中的灰分和杂质，烘干。
剑麻茎的预处理：使用浓度为3～10wt％的磷酸氢二铵溶液，将原料浸泡16～24小时后自然晾干备用。
本发明方法采用剑麻茎为原料制备的活性炭，具有一般木质活性炭比表面积和孔容大，反应活性高，杂质少等优点。炭化活化后的剑麻茎仍能保持块状形态，不会松散开，灰分低且有一定的强度。随着炭化活化温度的升高和活化时间的延长，强度有所下降，但基本上仍能满足使用的需要。根据剑麻茎的特点，炭化活化可在同一设备中连续进行，炭化后自行直接进入活化阶段，工艺简单，能耗少。原料在炭化前用磷酸氢二铵溶液浸泡预处理，磷化物与纤维素分子形成化学键和螯合物，在分子间和分子内形成交联，在热处理时防止了分子碎片的逸散，故得率较高，达15～30wt％。产品的比表面积为650～900m2/g，总孔容为0.4～0.6cm3/g。由于剑麻茎中含较多木质素，制得的活性炭有发达的中孔和大孔，中孔孔容占总孔容的40～70％。本发明制备的剑麻茎基活性炭具有优良的吸附性能，三氯甲烷吸附率为50～65％，苯吸附率为30～45％，亚甲基蓝吸附值100～250mg/g，碘吸附值600～1100mg/g，此外对水溶液中的毒性物质苯酚也有较好的去除能力，吸附量大于100mg/g；而且产品还具有氧化还原功能，对Au3+的还原吸附量可高达1000mg/g，其中有45～65％的Au3+被还原为Au单质并吸附在活性炭表面，因此有望在气、液相吸附，黄金的冶炼和回收等某些用途上部分代替椰壳活性炭。
具体实施方式
以下为本发明具体实施例：
实施例1～3：将剑麻茎用水洗净后晾干，根据炭化活化炉样品槽的尺寸大小将其锯成小块，长约10～20cm，宽约5cm，高约3cm，然后用浓度为5wt％的磷酸氢二铵溶液在室温下浸泡24小时进行稳定化预处理；晾干后将原料放入炭化活化炉中，在氮气保护下以5℃/min的升温速率加热至850℃炭化15分钟，并保持在此恒定温度下，通入流量约为2mL/min的水蒸汽，分别使原料活化30、60和90分钟。反应结束后停止加热使之自然冷却到室温。从炉内取出反应物，经水洗、烘干即得剑麻茎基活性炭产品。
表1为剑麻茎基活性炭(SSAC)与市售椰壳活性炭(CAC)的结构与性能对比材料。
表1、剑麻茎基活性炭(SSAC)与市售椰壳活性炭*(CAC)的结构与性能对比
(*CAC3——用于气相处理的椰壳活性炭；CAC5——用于液相处理的椰壳活性炭)
| 项 目 | 编 号 | |||||
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | CAC3 | CAC5 | ||
| 制备条件 | 炭化活化温度(℃) | 850 | 850 | 850 | - | - |
| 活化时间(min) | 30 | 60 | 90 | - | - | |
| 水蒸汽流量(mL/min) | 2 | 2 | 2 | - | - | |
| 得率(％) | 18.8 | 183 | 16.5 | - | - | |
| 孔结构 | 比表面积(m2/g) | 770 | 767 | 794 | 894 | 724 |
| 总孔体积(cm3/g) | 0.43 | 0.44 | 0.49 | 0.44 | 0.36 | |
| 微孔体积(cm3/g) | 0.21 | 0.23 | 0.13 | 0.36 | 0.30 | |
| 中孔体积(cm3/g) | 0.18 | 0.21 | 0.34 | 0.06 | 0.04 | |
| 吸附性能 | 亚甲基蓝吸附值(mg/g) | 143 | 151 | 232 | 213 | 118 |
| 苯酚吸附值(mg/g) | 151 | 154 | 160 | 219 | 151 | |
| 碘吸附值(mg/g) | 840 | 781 | 1060 | 1169 | 1035 | |
| 三氯甲烷吸附率(％) | 62.5 | 55.9 | 56.3 | 63.1 | 42.8 | |
| 苯吸附率(％) | 34.9 | 34.1 | 42.3 | 37.3 | 25.7 | |
| Au3+还原吸附量(mg/g)(还原百分率％) | 950(53) | 1037(57) | 1002(62) | 984(44) | 571(36) | |
Claims (3)
1.一种剑麻茎基活性炭的制备方法，其特征是该制备方法的具体步骤如下：将剑麻茎用水洗净晾干后锯成小块，经预处理后，在氮气保护下以5～10℃/min的速度升温至700～900℃炭化，炭化时间10～30分钟，在恒温度通入流量为1～5mL/min的水蒸汽活化10～100分钟，然后在氮气保护下使之冷却到室温，并从炉内取出产品水洗、烘干。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于剑麻茎锯成长10～20cm，宽5cm，高3cm的块状。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于预处理使用浓度为3～10wt％的磷酸氢二铵溶液，将原料浸泡16～24小时后自然晾干备用。
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| CN106365163B (zh) * | 2016-08-23 | 2018-10-09 | 中南大学 | 一种剑麻纤维活性炭的制备方法及该剑麻纤维活性炭在锂离子电容器中的应用 |
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| CN1223515C (zh) | 2005-10-19 |
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