專利名稱：一種高吸附性活性炭的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，尤其涉及秸桿木質素制備活性炭的方法。
背景技術：
活性炭作為一種多孔性含炭素材料，其內部具有十分發(fā)達的孔隙結構和巨大的比表面積，表面具有不同種類的含氧基團，具有脫色精制、消毒除臭和去污提純等功能，已廣泛應用于食品工業(yè)、制藥業(yè)、化工、能源和環(huán)保等領域。據(jù)最新報告顯示，未來5年全球活性炭需求有望以年均9. 9%的速度快速 增長，到2014年全球活性炭需求將達到170萬噸。其中，全球最大的活性炭市場美國將以年均超過15%的速度增長，到2014年美國活性炭需求將達到69萬噸。中國是世界上最大的活性炭生產國，活性炭的產量占世界產量的三分之一，但現(xiàn)有的制備活性炭的材料主要是煤質和木質兩大類。在能源危機和環(huán)境問題日益嚴重的今天，利用資源豐富、價格低廉的農林廢棄物制備活性炭不僅有利于解決日益增長的活性炭的需求與原材料不足的矛盾，而且是一種有效的實現(xiàn)固體廢物資源化的途徑。木質素又稱木素，是自然界產量僅次于纖維素的天然高分子物質，是最為豐富的、能從可再生資源取得的芳香族化合物。但是，目前以植物纖維為原料的產業(yè)，如紡織、制漿造紙、木材水解、生物質材料、生物質能源等,木質素基本上都作為廢棄物排出。據(jù)估計,全世界每年排出約I. 5 I. 8億噸工業(yè)木質素，其中絕大部分作為熱源利用，只有不足I %(主要是木質素磺酸鹽)作為有機化學資源被再利用，另外還有一部分被排放成為環(huán)境污染物，這不僅造成了嚴重的環(huán)境污染還造成資源的大量浪費。木質素具有較高的碳含量和與煙煤相似的分子結構，是生產活性炭較理想的前驅體。以木質素為原料生產活性炭，既可促進木質素的高值化利用，又可減輕廢液排放對環(huán)境的污染。課題組采用相對溫和的脫木質素方法(專利號ZL201010141040. X)，不僅可獲得高品位的纖維素，而且可回收木質素。分離出的秸桿木質素與傳統(tǒng)木質素相比，不僅不含硫，而且聚糖含量低，是一種環(huán)境友好又便宜的制備活性炭的前驅體。目前，以木質素為原料制備活性炭，尚處于實驗室研究階段，未見成熟的生產工藝出現(xiàn)，報道的活化劑主要包括 H3P04[E Gonzalez-Serrano, T Cordero, et al. Removalof water pollutants with activated carbons prepared from H3PO4 activation oflignin from kraft black liquors. Water Research，2004，38 :2543-2550. ]、ZnCl2 [周建斌，張齊生，等.水解木質素制備藥用活性炭的研究.南京林業(yè)大學學報(自然科學版)，2003, 27 (5) :40-42. ]、K2CO3[Y Sun，J Wei, Y S Wang, et al. Production of activatedcarbon by K2CO3 activation treatment of cornstalk lignin and its performance inremoving phenol and subsequent bioregeneration. Environmental Technology，2010，31(1) :53-61. ]、K0H[P J M Carrott,M M L Ribeiro Carrott,Suhas. Comparison of theDubinin-Radushkevich and Quenched Solid Density Functional Theory approachesfor the characterisation of narrow microporosity in activated carbons obtainedby chemical activation with KOH or NaOH of Kraft and hydrolytic lignins.Carbon, 2010,48 :4162-4169.]和NaOH [蔣莉，馬飛，梁國斌，等 木質素活性炭的制備及工藝優(yōu)化.新型炭材料，2011，26 (5) :396-400.]。雖然 H3PO4 (CN201110006484. 7，CN201010223398. 7)和 ZnCl2 (CN200910254649. 5，CN201010028162. 8)這類脫水化學活化劑被廣泛地用于活性炭的生產，但其存在潛在的環(huán)境污染以及營養(yǎng)鹽的富集積累現(xiàn)象。因而，近年來鉀堿活化劑在制備大比表面積活性炭方面的研究引起國內外研究者的關注。強堿活化劑(如NaOH和K0H)所制備的活性炭吸附性能較好(CN201110106742. 9，CN201010514975. 8，CN201110158695. 2 CN200910195690. X)，但卻存在對設備腐蝕嚴重的缺陷。因此，堿性較弱、對設備腐蝕較小的碳酸鹽成為化學活化法制備活性炭過程中一種較優(yōu)良的活化劑(D Adinata, W MAff Daud, M K Aroua. Preparation andcharacterization of activated carbon from palm shell.by chemical activationwith K2CO3, Bioresource Technology, 2007,98 :145-149. II Gurten,M Ozmak, E Yagmur,et al. Preparation and characterisation of activated carbon from. Biomass andbioenergy, 2012，37 :73-81.)，但以木質素為原料制備活性炭的工藝未見相關專利文獻。鑒于傳統(tǒng)木質素及現(xiàn)有活化劑在木質素制備活性炭中的缺陷，本發(fā)明以秸桿木質素為原料，以K2C03、KHCO3中的一種或兩種的混合物為活化劑進行炭化活化處理，經過簡便的工藝過程，不僅可以獲得高比表面積的活性炭，而且可以避免傳統(tǒng)木質素炭化活化過程中產生的SO2或H2SO4造成的環(huán)境污染和對反應設備的腐蝕。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高吸附性活性炭的制備方法，它能有效地實現(xiàn)農作物秸桿環(huán)?；蛛x產物木質素的資源化。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案(I)預處理將秸桿木質素與活化劑水溶液(質量濃度為25 50% )混合均勻，105 120°C烘干后得預處理混合料?；罨瘎镵2C03、KHCO3中的一種或兩種的混合物，秸桿木質素與活化劑的質量比為I : I I : 3。(2)炭化活化處理用氮氣或氬氣作為保護氣，將步驟(I)所述的混合料置于炭化爐中，以小于25°C /min的速度升溫至600 900°C進行炭化活化，活化時間為I 3h，之后
自然冷卻至室溫得炭化活化樣。(3)后處理將步驟(2)所得到的炭化活化樣用水煮沸，熱過濾并洗滌至pH值為6. 5 7. 5，然后在105 120°C烘干，磨細，即得高吸附性活性炭。本發(fā)明具有的積極效果本發(fā)明制備的活性炭不僅孔隙發(fā)達、碘吸附值和亞甲基
藍吸附值高，而且炭化活化過程排放污染物較少，具有顯著的環(huán)境效益、經濟效益和社會效 益。



圖I是本發(fā)明實施例3方法制備的活性炭的電鏡掃描圖具體實施方式
實施例為了更好理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，圖I是以K2CO3作為活化劑，采用實施例3方法制備的活性炭的電鏡掃描圖，所用的電鏡型號是Quanta 200SEM(FEI Com,Holland)。從圖中可以清楚看見所制活性炭形成了發(fā)達的孔隙結構。但本發(fā)明要求保護的范圍不局限于實施例所表示的范圍。實施例I 7以秸桿木質素制備活性炭的一般工藝過程如下按質量比I : I I : 3稱取秸桿木質素和活化劑，活化劑溶于水配成質量濃度為25 50%的溶液。將秸桿木質素和活化劑的水溶液混合均勻，并于105 120°C干燥。
然后，在氬氣或氮氣保護下升溫至600 900°C進行炭化活化，活化時間I 3h。待炭化活化樣自然冷卻至室溫后，用水煮沸，熱過濾并洗滌至pH值為6. 5 7. 5，105 120°C烘干，磨細，即得活性炭。為了對比本發(fā)明的效果選擇了比較例(I)在與本發(fā)明實施例相同的工藝和條件下，采用不加活化劑制備活性炭；(2)與美國生產的水處理活性炭F-400進行比較。表I工藝條件與所得樣品的亞甲基藍吸附值
編號活化劑組成/秸稈木活化劑水溶tS活化烘干亞甲基 質素與活化劑的質液的質量濃化時間溫度藍吸附 量比度溫值
_^_
g:g%0C h °C nig/g
文施例 I K2CO:; 1:240600 I 5 110 338
文施例 2 K2CO3 1:135700 I 105 453
實施例 3 K2CO3 1:135700 3 105 417
文施例4 KHCO3 1:135700 I 115 346
丈施例5 K2CO3 1:250800 I 105 525
文施例6 K2CO3+ 1:250800 I 5 HO 476
KHCO3 (質量 比 1:1)
實施例 7 K2CO3 1:3 25 900 I 120 508比較例 I - 1:0 - 800 - 110 41比較例2_商業(yè)活性炭F-400_200
權利要求
1.一種高吸附性活性炭的制備方法，包括以下步驟 (1)預處理將秸桿木質素與活化劑水溶液混合均勻，烘干后得預處理混合料； (2)炭化活化處理將步驟(I)所述的混合料置于炭化爐，爐溫600 900°C進行炭化活化，活化時間為I 3h，之后自然冷卻至室溫得炭化活化樣； (3)后處理將步驟(2)得到的炭化活化樣用水煮沸，熱過濾并洗滌至pH值為6.5 7.5，烘干，磨細，即得高吸附性活性炭。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種高吸附性活性炭的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的活化劑為K2C03、KHCO3中的一種或兩種的混合物，秸桿木質素與活化劑的質量比為I : I I : 3，活化劑水溶液的質量濃度為25 50%。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種高吸附性活性炭的制備方法，其特征在于步驟(I)和步驟⑶所述的烘干溫度為105 120°C。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種高吸附性活性炭的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的炭化活化過程以氮氣或氬氣作為保護氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高吸附性活性炭的制備方法。屬于活性炭制備技術領域。具體是將有機溶劑木質素與活化劑的水溶液(質量濃度為25～50％)混合均勻，105～120℃干燥后于600～900℃進行炭化活化，活化時間為1～3h。待炭化活化樣自然冷卻至室溫后，再用水煮沸，熱過濾并洗滌至pH值為6.5～7.5，烘干，磨細，即得活性炭。本發(fā)明所用木質素來源于農作物秸稈的環(huán)?；蛛x產物，炭化活化過程簡便、排放污染物較少，所制活性炭比表面積大、吸附能力強，具有顯著的環(huán)境效益、經濟意義和社會效益。主要用于食品工業(yè)、制藥業(yè)、化工、能源和環(huán)保等領域。
文檔編號C01B31/12GK102730681SQ20121021040
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權日2012年6月25日
發(fā)明者周祚萬, 姜曼, 張勝利, 潘紅玉 申請人:西南交通大學