一種用米糠制備多孔活性炭材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用米糠制備多孔活性炭的方法，包括以下步驟:1.將米糠干燥至水分含量小于14%；2.干燥后的米糠在惰性氣體保護下碳化。3.碳化后的米糠和活化劑混合均一后，在惰性氣體保護下活化。4.加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5-7后干燥，固體粉末為制備出多孔活性炭。本發(fā)明以廣泛易得的米糠為原料，操作工藝簡單，方便控制、清潔環(huán)保，易于產業(yè)化實現(xiàn)。制備的米糠多孔活性炭的比表面積大，灰分含量低且孔徑分布可控。該產品可以用于鋰硫電池、鋰離子電池、超級電容器等電極材料，儲氫氣，捕獲二氧化碳，活性炭吸附劑，催化劑載體，生物和傳感器等各種領域。
【專利說明】一種用米糠制備多孔活性炭材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明提供了一種用米糠制備多孔活性炭的方法，屬于多孔活性炭材料制備領域。
【背景技術】
[0002]活性炭主要是以木屑、各種果殼(椰子殼、杏殼、核桃殼等)、煤炭和石油焦等高含碳物質為原料，通過熱化學加工而得到的具有發(fā)達的多孔結構、優(yōu)異的吸附性能、良好的化學惰性和導電性等優(yōu)點的炭質吸附材料，廣泛的用于，1.儲能的電極材料，例如超級電容器，鋰硫電池，鋰離子電池等；2.氣相吸附，例如可用作氫氣和天然氣的儲存，空氣凈化過濾器；3.液相吸附，例如，金屬離子和有機污染物的吸附；4.作為催化劑和催化劑載體的應用，例如在硫化氫的氧化、煙道氣脫硫、光氣的合成、酯的水解、電池中氧的去極化作用等方面，尤其是氧化還原反應。并且高表面積活性炭，提供很好負載和反應中心。5.臨床醫(yī)療應用，口服緊急解毒藥，血液進化，癌癥治療等?；钚蕴恳呀泧窠洕l(fā)展和人們生活中不可或缺的產品，但是我國果殼和木質資源十分有限，而且不易集中儲存，制約了其發(fā)展。煤炭石油資源雖分布廣泛，價格低廉，但由于其屬于不可再生資源，而且在其開采和制備的過程中容易污染環(huán)境，它的大量生產也受到制約。米糠是稻谷在加工成精米的過程中要去掉外殼和占總重10%左右的種皮、果皮、外胚乳、糊糊層和胚。我國是世界第一產稻大國，年產稻谷約2億噸，米糠作為稻谷 加工的副產物，約占稻谷質量的5%~8%，年產量在1000萬噸以上。不僅資源豐富，而且價格低廉。
[0003]活性炭作為多孔材料，比表面積、孔容積和孔徑尺寸對性能有著重要的影響，目前我國存在活性炭生產缺乏孔徑定向調控手段，產品孔徑分布較散、專一性應用不強、活性炭分子篩成本過高等問題。例如目前超級電容器用的多孔活性炭材料其能量密度低，特別是在高的功率密度下。本發(fā)明具有制備高比表面積活性炭的同時，對其孔結構進行定向調控，有助于進一步提高并拓展活性炭的專業(yè)應用，并且設計工藝過程簡單，方便控制、清潔環(huán)保，易于產業(yè)化實現(xiàn)。目前利用米糠活化制備多孔碳材料還尚未見報道。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有多孔活性炭原料及其制備方法存在不足，提供一種價格低廉、環(huán)保，以米糠為原料的制備高比表面積和孔徑分布可調的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0006]一種用米糠制備多孔活性炭的方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一:將木糠在自然條件下或10°C~220°C下烘干至水分含量為小于14% ；
[0008]步驟二:將干燥后的米糠在惰性氣體保護下250°C~1500°C碳化。一是在微波裝置中，在700~1500W的功率下微波輻射，2~40分鐘，一是在活化爐內活化20~400分鐘；
[0009]步驟三:碳化后的米糠與不同質量活化劑混合，然后在惰性氣體保護下300~1200°C活化，一是在微波裝置中，在700~1500W的功率下微波輻射，2~40分鐘，一是在活化爐內活化20~500分鐘；
[0010] 步驟四:用加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5~7后干燥，制備出多孔活性炭。
[0011]如說明書所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中步驟二和步驟三合并，一步法炭化活化，就是米糠與不同質量活化劑混合，然后在惰性氣體保護下280~1300°C碳化活化，一是在微波裝置中，在700~1500W的功率下微波輻射，2~40分鐘，一是在活化爐內活化20~600分鐘。
[0012]步驟三所述碳化(米糠)與不同活化劑混合，其中活化劑堿性時，堿碳質量比為1:0.1~1:15。所述的堿為一切堿性的試劑，即試劑的水溶液的PH值大于7，如氫氧化鉀，碳酸鉀，氫氧化鈉，碳酸鈉，氨水溶液等。
[0013]步驟三所述碳化(米糠)與不同活化劑混合，其中活化劑酸性時，按其質量分數(shù)為大于1%的酸在溫度0°c~100°C下浸潰I~4小時，所述的酸為一切酸性的試劑，即試劑的水溶液的PH值小于7，如磷酸，硫酸，硝酸，磷酸氫氨，磷酸二氫氨等。
[0014]步驟三所述碳化(米糠)與不同活化劑混合，其中活化劑鹽性時，堿碳質量比為1:0.1~1:15。所述的鹽,如氯化鎂,氯化鋅等。
[0015]步驟三所述的碳化(米糠)與不同活化劑混合，其中用物理活化方法的活化劑，如水蒸氣，二氧化碳，過氧化氫等
[0016]步驟三所述的惰性氣體可以是除了氧氣以外的任何氣體或不含氧氣的混合氣體。優(yōu)選為氮氣，氬氣。
[0017]步驟三所述的惰性氣體，物理方法活化，其惰性氣體應該改為水蒸氣或者二氧化碳。
[0018]附圖1為米糠多孔活性炭制備過程圖，附圖2為米糠多孔活性炭的SEM和TEM圖，附圖3和圖4為預碳化后米糠和堿不同質量活化后的米糠多孔活性炭的氮氣吸附脫附曲線，孔徑分布曲線圖和比表面積及其孔體積數(shù)據。
[0019]有益效果
[0020]1、本發(fā)明為一種制備多孔活性炭材料的方法，設計工藝過程簡單，方便控制、清潔環(huán)保，易于產業(yè)化實現(xiàn)；
[0021]2、本發(fā)明提供了一種制備高比表面積和孔徑可調的多孔活性炭材料；
[0022]3、本發(fā)明所制備的材料可以被用于鋰硫電池、鋰離子電池、超級電容器等電極材料，儲氫氣，捕獲二氧化碳，環(huán)境污染物的吸附劑，催化劑載體，生物，傳感器和光學等各種領域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明制備方法的流程示意圖；
[0024]圖2為實施例1中所制備的多孔活性炭材料的掃描電鏡(SHM)圖和透射電鏡(TEM)圖；
[0025]圖3和圖4為施例制備的米糠多孔活性炭的氮氣吸附脫附曲線，孔徑分布曲線圖和比表面積及其孔體積數(shù)據?！揪唧w實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0027]實施例1
[0028]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，堿性活化劑。
[0029]步驟一:稱量水分含量為小于14%的米糠若干；
[0030]步驟二:將米糠在氮氣氣體保護下450°C碳化60分鐘；
[0031]步驟三:碳化后的米糠與堿性活化劑混合，堿碳質量比為4:1，然后在氮氣氣體保護下850°C活化160分鐘；
[0032]步驟四:加稀鹽酸超聲，加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5~7后干燥，制備出多孔活性炭。
[0033]實施例2
[0034]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，堿性活化劑。
[0035]1、同實施例1的步驟一；
[0036]2、同實施例1的步驟二 ；
[0037]3、碳化后的米糠與堿性活化劑混合，堿碳質量比為3:1，然后在氮氣氣體保護下900°C活化260分鐘；
[0038]4、同實施例1的步驟四。
[0039]實施例3
[0040]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，堿性活化劑。
[0041 ]1、同實施例1的步驟一；
[0042]2、同實施例1的步驟二 ；
[0043]3、碳化后的米糠與堿性活化劑混合，堿碳質量比為2:1，然后在氮氣氣體保護下1100°C活化150分鐘；
[0044]4、同實施例1的步驟四。
[0045]實施例4
[0046]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，堿性活化劑。
[0047]1、同實施例1的步驟一；
[0048]2、同實施例1的步驟二 ；
[0049]3、碳化后的米糠與堿性活化劑混合，堿碳質量比為1:1，然后在氮氣氣體保護下1200°C活化60分鐘；
[0050]4、同實施例1的步驟四。
[0051]實施例5
[0052]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，堿性活化劑。
[0053]1、同實施例1的步驟一；
[0054]2、米糠與堿活化劑混合，堿與米糠質量比為0.5:1，然后在氮氣氣體保護下750°C活化230分鐘；
[0055]3、同實施例1的步驟四。
[0056]實施例6
[0057]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，堿性活化劑。[0058]1、同實施例1的步驟一；
[0059]2、米糠與堿活化劑混合，堿與米糠質量比為1:1，然后在氮氣氣體保護下950°C活化180分鐘；
[0060]3、同實施例1的步驟四。
[0061]實施例7
[0062]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，，堿性活化劑。
[0063]1、同實施例1的步驟一；
[0064]2、米糠與堿性活化劑混合，堿與米糠質量比為2:1，然后在氮氣氣體保護下1100。。活化290分鐘；
[0065]3、同實施例1的步驟四。
[0066]實施例8
[0067]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，堿性活化劑。
[0068]1、同實施例1的步驟一；
[0069]2、米糠與堿性活化劑混合，堿米糠質量比為3:1，然后在氮氣氣體保護下950°C活化60分鐘；
[0070]3、同實施例1的步驟四。
[0071]實施例9
[0072]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，酸性活化劑。
[0073]1、同實施例1的步驟一；
[0074]2、同實施例1的步驟二 ；
[0075]3、碳化后的米糠與酸混合，按其質量分數(shù)為50%的酸在溫度25°C下浸潰2小時，然后在氮氣氣體保護下350°C活化360分鐘；
[0076]4、加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5~7后干燥，制備出多孔活性炭。
[0077]實施例10
[0078]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，中性活化劑。
[0079]1、同實施例1的步驟一；
[0080]2、同實施例1的步驟二 ；
[0081]3、碳化后的米糠與氯化鋅混合，氯化鋅和米糠質量比為3:1，然后在氮氣氣體保護下950°C活化160分鐘；
[0082]4、加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5~7后干燥，制備出多孔活性炭。
[0083]實施例11
[0084]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，中性活化劑。
[0085]1、同實施例1的步驟一；
[0086]2、米糠與氯化鋅混合，氯化鋅和米糠質量比為0.5:1，然后在氮氣氣體保護下1000°C活化240分鐘；
[0087]4、加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5~7后干燥，制備出多孔活性炭。
[0088]實施例12
[0089]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，酸性活化劑。
[0090]1、同實施例1的步驟一；[0091] 2、米糠與酸混合，按其質量分數(shù)為50%的酸在溫度25°C下浸潰2小時，然后在氮氣氣體保護下400°C活化60分鐘；
[0092]3、加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5~7后干燥，制備出多孔活性炭。
[0093]實施例13
[0094]利用本發(fā)明的制備體系制備的米糠多孔活性炭材料，利用物理活化法的活化劑。
[0095]1、同實施例1的步驟一；
[0096]2、米糠在氮氣氣體保護下加熱至1000°C是通入水蒸氣,活化60分鐘；
[0097]3、同實施例1的步驟四。
[0098]以上所述的具體描述，對發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.制備米糠多孔活性炭材料的方法，該方法包括: 步驟一:將木糠在自然條件下或10°c~220°C下烘干至水分含量為小于14% ； 步驟二:將干燥后的米糠在惰性氣體保護下250°C~1500°C碳化。一是在微波裝置中，在700~1500W的功率下微波輻射，2~40分鐘，一是在碳化爐內活化20~400分鐘； 步驟三:碳化后的米糠與不同質量活化劑混合，然后在惰性氣體保護下300~1200°C活化，一是在微波裝置中，在700~1500W的功率下微波輻射，2~40分鐘，一是在活化爐內活化20~500分鐘； 步驟四:用加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.5~7后干燥，制備出多孔活性炭。
2.如權利要求1所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中制備多孔活性炭的前驅體是米糖，或者含有米糖，或者用米糖處理后的廣品(米糖柏)。
3.如權利要求1所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中制備的活化劑的選擇，包括堿性活化劑例如，如氫氧化鉀，碳酸鉀，氫氧化鈉，碳酸鈉，氨水溶液等。
4.如權利要求1所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中制備的活化劑的選擇，包括酸性活化劑例如，如磷酸，磷酸氫氨，磷酸二氫氨等。
5.如權利要求1所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中制備的活化劑的選擇，包括中性活化劑例如，如氯化鋅，氯化鎂，氯化鋁等。
6.如權利要求1所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中制備的活化劑的選擇，物理活化方法的活化劑，如水蒸氣，二氧化碳，空氣，過氧化氫等。
7.如權利要求1所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中步驟二和步驟三合并，一步法炭化活化就是米糠與不同質量活化劑混合，然后在惰性氣體保護下280~1300°C碳化活化，一是在微波裝置中，在700~1500W的功率下微波輻射，2~40分鐘，一是在活化爐內活化20~600分鐘。
8.如權利要求1所述的制備米糠多孔活性炭材料的方法，其中碳化或者活化加熱過程中，既可以使用能加熱爐子，也可以使用微波裝置，微波輻射加熱。
【文檔編號】C01B31/10GK103936006SQ201410160142
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權日:2014年4月21日
【發(fā)明者】曹傳寶, 侯建華 申請人:北京理工大學