一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維的制備方法【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用絲瓜絡(luò)制備高性能生物質(zhì)活性炭纖維的方法，它包括如下步驟：1）堿處理：將圓柱狀體絲瓜絡(luò)在氫氧化鈉水溶液中浸泡脫膠，然后清洗至中性，烘干后得到堿處理過的干絲瓜絡(luò)；2）改性：將堿處理過的干絲瓜絡(luò)與水溶性酚醛樹脂混合，充分浸漬24-48h，浸漬過后烘干；3）炭活化：先將改性后的絲瓜絡(luò)在一定溫度下預(yù)氧化2h，然后在惰性保護(hù)氣體下，將浸漬后的絲瓜絡(luò)進(jìn)行炭化，得生物質(zhì)活性炭纖維；4）后處理：將生物質(zhì)活性炭纖維用稀酸浸泡以除去產(chǎn)物中的灰分，再用水洗滌至中性，烘干即得高性能生物質(zhì)活性炭纖維。與現(xiàn)有的生物質(zhì)活性炭纖維的制備方法相比，制備工藝制備成本低，無污染，環(huán)保，且產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度好，可以用作濾料和電極?！緦＠f明】一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維的制備方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，特別涉及一種利用農(nóng)業(yè)產(chǎn)品絲瓜絡(luò)為原料，用水溶性酚醛樹脂改性來制備高性能生物質(zhì)活性炭纖維。【
背景技術(shù)：
】[0002]絲瓜(Luffacylindria)又名天羅絮、天絡(luò)和變瓜等，屬一年生葫蘆科攀援草木。絲瓜分普絲瓜(LuffacylindvicaRoem)和有棱絲瓜(LuffaacutangulaRoxb),原產(chǎn)印度，廣泛分布于亞洲的熱帶、亞熱帶及溫帶地區(qū)，絲瓜是夏季主要蔬菜之一，因此在我國江浙滬和廣東、廣西種植極為普遍。一般以嫩瓜作為菜用，做湯味道爽口鮮美。絲瓜絡(luò)(VegetableSpongeofLuffa)又名絲瓜網(wǎng)、天羅線、天羅筋等,是絲瓜成熟后的果實(shí)中厚厚的皮和多方向的纖維層組成的三維纖維管束，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，其纖維素含量高達(dá)60%以上。目前，絲瓜絡(luò)的研究主要集中在其藥用價值和制備日常使用的沐浴、洗漱用品?！侗静菥V目》記載其能通人脈絡(luò)臟腑，而去風(fēng)解毒，消腫化痰，袪痛殺蟲，治諸血病。在日常使用物品方面，已有多項發(fā)明，如絲瓜絡(luò)肥皂、絲瓜絡(luò)床墊、絲瓜絡(luò)清潔刷、絲瓜絡(luò)鞋墊等等。[0003]由上可知，目前對絲瓜絡(luò)的加工和處理技術(shù)都還比較原始，大多利用了其天然維管束結(jié)構(gòu)。[0004]目前生物質(zhì)活性炭纖維的制備按活化方法主要分為兩大類，物理活化和化學(xué)活化。[0005]物理活化大多采用CO2和水蒸氣。首先把生物質(zhì)材料在惰性氣體保護(hù)下制備成為碳基體，然后在高溫下通入CO2或水蒸氣(水蒸氣需要通過其他惰性氣體載氣)，通過CO2和水蒸氣對碳基體的蝕刻作用形成孔隙，從而來制備活性炭材料。物理活化方法可以制備出大比表面積的活性炭，但是物理活化需要達(dá)到很高的活化溫度，才能出現(xiàn)明顯的活化效果，溫度必須達(dá)到800°c以上，才會制得大比表面積的活性炭。這對其實(shí)驗設(shè)備要求很高，并且能耗大，由于溫度高，產(chǎn)品的產(chǎn)率很低。[0006]化學(xué)法活化是采用化學(xué)活化劑浸潰碳材料，利用化學(xué)活化劑在高溫下與碳材料反應(yīng)從而制得活性碳材料的方法。化學(xué)活化法一般是碳化過程與活化過程一起進(jìn)行，在碳化的同時就構(gòu)筑了孔隙。化學(xué)活化劑的制孔機(jī)理一般為:活化劑占據(jù)物理空間，在高溫下蝕刻碳基體，最后氣化排出?，F(xiàn)今主要用作化學(xué)活化的活化劑主要有:ZnCl2，KOH，NaOH，H3PO4和K2CO3。化學(xué)活化相比物理活化溫度條件要求更低，只需要維持惰性氣氛，一般在900°C以下，便可得到高性能活性炭。而且由于化學(xué)活化劑的加入，制備的活性炭表面基團(tuán)含量更豐富，制備出的活性炭更具功能性。但是化學(xué)活化劑的加入有可能使活性炭表面帶有特定基團(tuán)，有可能對一些特征污染物的處理起到抑制作用，因此也局限了活性炭纖維的應(yīng)用領(lǐng)域?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維的制備方法，該方法具有成本低、吸附性能好、環(huán)保的特點(diǎn)，制備出來的產(chǎn)品，能保持原有的形狀，并且有較好的抗壓強(qiáng)度。[0008]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為:[0009]一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，它包括如下步驟:[0010]I)堿處理:將圓柱狀體絲瓜絡(luò)在氫氧化鈉水溶液中浸泡脫膠，然后清洗至中性，烘干后得到堿處理過的干絲瓜絡(luò)；[0011]2)改性:將堿處理過的干絲瓜絡(luò)與水溶性酚醛樹脂混合，充分浸潰24_48h，浸潰過后烘干；[0012]3)炭化活化:先將改性后的絲瓜絡(luò)在一定溫度下預(yù)氧化2h，然后在惰性保護(hù)氣體下，將浸潰后的絲瓜絡(luò)進(jìn)行炭化活化，得生物質(zhì)活性炭纖維；[0013]4)后處理:將生物質(zhì)活性炭纖維用稀酸浸泡以除去產(chǎn)物中的灰分，再用水洗滌至中性，烘干即得高性能生物質(zhì)活性炭纖維。[0014]按上述方案，所述絲瓜絡(luò)的制備工藝是:將正常生長成熟后的植物絲瓜果實(shí)，經(jīng)過自然風(fēng)干或烘干后，切割成5?IOcm長的圓柱狀體，除去表皮以及孔隙內(nèi)部的絲瓜種子，得到圓柱狀體絲瓜絡(luò)；[0015]按上述方案，所述氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?5%。[0016]按上述方案，步驟2)中所述水溶性酚醛樹脂固含量在35%?37%之間。[0017]按上述方案，步驟3)中所述預(yù)氧化的溫度160_200°C[0018]按上述方案，步驟3)中所述炭化的溫度600_850°C。[0019]按上述方案，步驟4)中所述的稀酸是鹽酸、硫酸、醋酸、硝酸等常用酸的水溶液，濃度為0.5?1.5mol/L。[0020]按上述方案，步驟2)、步驟3)和步驟4)中所述烘干的溫度為100?105°C，時間為10?20h。[0021]針對現(xiàn)在利用生物質(zhì)為原料制備的高性能生物質(zhì)活性炭纖維，制備出來的產(chǎn)品多數(shù)都是粉末狀。本發(fā)明所述的生物質(zhì)活性炭纖維是一種以絲瓜絡(luò)為主要原料，水溶性酚醛樹脂改性，再進(jìn)行炭化、活化、后處理而成的一種圓柱體形的活性炭，制備出來的產(chǎn)品，很好的保持了原有的形態(tài)，具有一定的抗壓強(qiáng)度，而且在整個生產(chǎn)過程中，不產(chǎn)生任何有毒有害的物質(zhì)。[0022]本發(fā)明的原理是:酚醛樹脂在與脫膠后絲瓜絡(luò)進(jìn)行混合時，絲瓜絡(luò)中的大量孔隙被酚醛樹脂所填充，從而使絲瓜絡(luò)的孔隙減少，密度增加，也就意味著強(qiáng)度一定程度上增強(qiáng)。絲瓜絡(luò)經(jīng)水溶性酚醛樹脂改性后，隨著炭化溫度的升高，酚醛樹脂生成玻璃炭與絲瓜絡(luò)生成的軟質(zhì)無定形炭在高溫下會生長在一起，界面逐漸消失，兩種炭之間的結(jié)合強(qiáng)度增加，使生物質(zhì)活性炭纖維抗壓強(qiáng)度增加；并且玻璃炭的力學(xué)性能要優(yōu)于無定形炭，玻璃炭越多，抗壓強(qiáng)度就越高。[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:[0024]以農(nóng)作物的產(chǎn)品絲瓜成熟果實(shí)為原料制備生物質(zhì)活性炭纖維，開拓了天然植物活性炭纖維制備原料的種類和制備途徑，與現(xiàn)有生物質(zhì)活性炭纖維的制備途徑相比，制備工藝簡單明了，耗時短，耗能少，制備成本低，吸附性能好，回收和再生簡單方便，具有一定的抗壓強(qiáng)度，可以作為濾料和電極使用。[0025]在我國絲瓜的栽種數(shù)量龐大，因此利用絲瓜絡(luò)為原料來開發(fā)制備生物質(zhì)活性炭纖維，與現(xiàn)有的其他原料與技術(shù)相比，具備成本低(經(jīng)濟(jì))、便利和環(huán)保(清潔)的特點(diǎn)，對于提高我國生物質(zhì)活性炭纖維制備的手段、途徑和創(chuàng)新性都具有重大的意義?！緦＠綀D】【附圖說明】[0026]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。[0027]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的產(chǎn)品碘吸附值等溫線。[0028]圖3是對比例制備的產(chǎn)品碘吸附值等溫線。[0029]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的產(chǎn)品高性能生物質(zhì)活性炭纖維的照片。[0030]圖5是對比例制備的產(chǎn)品照片?！揪唧w實(shí)施方式】[0031]為了更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。[0032]下述實(shí)施例中采用正常生長成熟后的植物絲瓜果實(shí)，經(jīng)過自然風(fēng)干或烘干后，切割成5?IOcm長的圓柱狀體，除去表皮以及孔隙內(nèi)部的絲瓜種子，得到圓柱狀體絲瓜絡(luò)[內(nèi)部交織呈網(wǎng)狀的植物纖維維管束柱體(質(zhì)地堅韌)]。[0033]實(shí)施例1:[0034]一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維的制備方法，它包括如下步驟:[0035]I)預(yù)處理:將圓柱狀體絲瓜絡(luò)在2%氫氧化鈉水溶液中浸泡24h(去除表面蠟質(zhì)、灰分和其他小分子)，然后將溶液濾掉，將絲瓜絡(luò)反復(fù)清洗至中性，最后將絲瓜絡(luò)放入烘箱在105°C烘干12h，得到圓柱狀體堿處理過的干絲瓜絡(luò)；[0036]2)改性:從烘箱中取出以上堿處理過的干絲瓜絡(luò)，放入燒杯中，往燒杯中加入固含量為35%的水溶性酚醛樹脂，充分浸沒，浸潰24h以上，浸潰過后的絲瓜絡(luò)放入烘箱在105°C烘干12h；[0037]3)炭活化:將浸潰后的絲瓜絡(luò)放入高溫電阻爐里面，在200°C下預(yù)氧化2h，然后放入高溫電阻爐里面進(jìn)行炭化活化，往高溫電阻爐中通保護(hù)氣體N2,N2的速率控制在0.61/min，活化溫度為850°C，得生物質(zhì)活性炭纖維；[0038]4)后處理:將所得生物質(zhì)活性炭纖維用IM鹽酸溶液浸泡lh，以除去產(chǎn)物中的灰分，再用熱的去離子水將產(chǎn)物反復(fù)洗滌至中性，放入烘箱在105°C烘干12h，即得生物質(zhì)活性炭纖維(最終產(chǎn)品，密封保存于干燥器，備用)。[0039]為了更好的表明此生物質(zhì)活性炭纖維的性能和效果，對它進(jìn)行碘吸附值測定與抗壓強(qiáng)度測定。[0040]碘吸附值的測定方法采用國標(biāo)《GB/T7702.7-2008煤質(zhì)顆?；钚蕴繉?shí)驗方法碘吸附值的測定》來測定。根據(jù)吸附等溫線，見圖2，取剩余濃度c=0.02mol/L時的E值為碘吸附值，計算得E=341.084mg/g?？箟簭?qiáng)度測試采用液壓萬能試驗機(jī)測試樣品破碎時的壓力，抗壓強(qiáng)度P=198Mpa。[0041]對比例:[0042]與實(shí)施例1的不同之處在于:用質(zhì)量濃度為30%的(NH4)2HPO4代替固含量為35%的水溶性酚醛樹脂。[0043]碘吸附值的測定方法采用國標(biāo)《GB/T7702.7-2008煤質(zhì)顆粒活性炭實(shí)驗方法碘吸附值的測定》來測定。根據(jù)吸附等溫線，見圖3，得出E值。E=471mg/g。[0044]將實(shí)施例1與對比例相比較可知，從碘吸附值上看，兩者的吸附性能相差不大，都具有良好的吸附性能，但是對比例中制備出來的產(chǎn)品是粉末狀的，實(shí)施例1中制備出來的產(chǎn)品能很好的維持原有的形態(tài)，也就使得產(chǎn)品的回收和再生簡單方便，具有了一定的抗壓強(qiáng)度，可以作為濾料和電極使用。也就是說，本發(fā)明制備得到的高性能生物質(zhì)活性炭纖維產(chǎn)品由于能夠維持絲瓜絡(luò)的這種原材料的原始形態(tài)，具有了抗壓強(qiáng)度好、使用回收方便、用途更廣泛等一系列優(yōu)點(diǎn)。[0045]實(shí)施例2:[0046]—種高性能生物質(zhì)活性炭纖維的制備方法，它包括如下步驟:[0047]I)預(yù)處理:將圓柱狀體絲瓜絡(luò)在2%氫氧化鈉水溶液中浸泡24h(去除表面蠟質(zhì)、灰分和其他小分子)，然后將溶液濾掉，將絲瓜絡(luò)反復(fù)清洗至中性，最后將絲瓜絡(luò)放入烘箱在105°C烘干12h，得到圓柱狀體堿處理過的干絲瓜絡(luò)；[0048]2)改性:從烘箱中取出以上堿處理過的干絲瓜絡(luò)，放入燒杯中，往燒杯中加入固含量為35%的水溶性酚醛樹脂，充分浸沒，浸潰24h以上，浸潰過后的絲瓜絡(luò)放入烘箱在105°C烘干12h；[0049]3)炭活化:將浸潰后的絲瓜絡(luò)放入高溫電阻爐里面，在200°C下預(yù)氧化2h，然后放入高溫電阻爐里面進(jìn)行炭化活化，往高溫電阻爐中通保護(hù)氣體N2,N2的速率控制在0.61/min，活化溫度為800°C，得生物質(zhì)活性炭纖維；[0050]4)后處理:將所得生物質(zhì)活性炭纖維產(chǎn)物用IM鹽酸溶液浸泡lh，以除去產(chǎn)物中的灰分，再用熱的去離子水將產(chǎn)物反復(fù)洗滌至中性，放入烘箱在105°C烘干12h，即得生物質(zhì)活性炭纖維。[0051]為了更好的表明此生物質(zhì)活性炭纖維的性能和效果，對它進(jìn)行碘吸附值測定與抗壓強(qiáng)度測定。[0052]碘吸附值的測定方法采用國標(biāo)《GB/T7702.7-2008煤質(zhì)顆?；钚蕴繉?shí)驗方法碘吸附值的測定》來測定。根據(jù)吸附等溫線，取剩余濃度c=0.02mol/L時的E值為碘吸附值，E=301.23mg/g?？箟簭?qiáng)度測試采用液壓萬能試驗機(jī)測試樣品破碎時的壓力，得出抗壓強(qiáng)度，P=165Mpa。[0053]實(shí)施例3:[0054]一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維的制備方法，它包括如下步驟:[0055]I)預(yù)處理:將圓柱狀體絲瓜絡(luò)在2%氫氧化鈉水溶液中浸泡24h(去除表面蠟質(zhì)、灰分和其他小分子)，然后將溶液濾掉，將絲瓜絡(luò)反復(fù)清洗至中性，最后將絲瓜絡(luò)放入烘箱在105°C烘干12h，得到圓柱狀體堿處理過的干絲瓜絡(luò)；[0056]2)浸潰:從烘箱中取出以上堿處理過的干絲瓜絡(luò)，放入燒杯中，往燒杯中加入固含量為35%的水溶性酚醛樹脂，充分浸沒，浸潰24h以上，浸潰過后的絲瓜絡(luò)放入烘箱在105°C烘干12h；[0057]3)炭活化:將浸潰后的絲瓜絡(luò)放入高溫電阻爐里面，在200°C下預(yù)氧化2h，然后放入高溫電阻爐里面進(jìn)行炭化活化，往高溫電阻爐中通保護(hù)氣體N2,N2的速率控制在0.61/min，活化溫度為750°C，得生物質(zhì)活性炭纖維；[0058]4)后處理:將所得生物質(zhì)活性炭纖維產(chǎn)物用IM鹽酸溶液浸泡lh，以除去產(chǎn)物中的灰分，再用熱的去離子水將產(chǎn)物反復(fù)洗滌至中性，放入烘箱在105°C烘干12h，即得生物質(zhì)活性炭纖維。[0059]實(shí)施例4:[0060]與實(shí)例I基本相同，不同之處在于水溶性酚醛樹脂的固含量為35%，活性炭的活化溫度為700°C。[0061]實(shí)施例5:[0062]與實(shí)例2基本相同，不同之處在于活性炭的活化溫度為650°C。[0063]實(shí)施例6:[0064]與實(shí)例2基本相同，不同之處在于活性炭的活化溫度為600°C?！緳?quán)利要求】1.一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于它包括如下步驟:1)堿處理:將圓柱狀體絲瓜絡(luò)在氫氧化鈉水溶液中浸泡脫膠，然后清洗至中性，烘干后得到堿處理過的干絲瓜絡(luò)；2)改性:將堿處理過的干絲瓜絡(luò)與水溶性酚醛樹脂混合，充分浸潰24-48h，浸潰過后烘干；3)炭活化:先將改性后的絲瓜絡(luò)在預(yù)氧化2h，然后在惰性保護(hù)氣體下，將浸潰后的絲瓜絡(luò)進(jìn)行炭化，得生物質(zhì)活性炭纖維；4)后處理:將生物質(zhì)活性炭纖維用稀酸浸泡以除去產(chǎn)物中的灰分，再用水洗滌至中性，烘干即得高性能生物質(zhì)活性炭纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于所述絲瓜絡(luò)的制備工藝是:將正常生長成熟后的植物絲瓜果實(shí)，經(jīng)過自然風(fēng)干或烘干后，切割成5?IOcm長的圓柱狀體，除去表皮以及孔隙內(nèi)部的絲瓜種子，得到圓柱狀體絲瓜絡(luò)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于步驟I)中所述氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?5%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于步驟2)中所述水溶性酚醛樹脂固含量在35%?37%之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于步驟3)中所述預(yù)氧化的溫度160-200°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于步驟3)中所述炭化的溫度600-850°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于步驟4)中所述的稀酸是鹽酸、硫酸、醋酸、硝酸中的一種或任意幾種的水溶液。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于步驟4)中所述稀酸的濃度為0.5?1.5mol/L。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能生物質(zhì)活性炭纖維制備方法，其特征在于步驟2)、步驟3)和步驟4)中所述烘干的溫度為100?105°C。【文檔編號】C01B31/08GK103920460SQ201410143977【公開日】2014年7月16日申請日期:2014年4月11日優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日【發(fā)明者】夏世斌,謝雨申請人:武漢理工大學(xué)