本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，具體涉及一種利用半干青貯秸稈制備微孔活性炭的方法。
背景技術(shù)：
活性炭是一種具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積的多孔炭材料，主要由碳元素組成，同時(shí)也含有氫、氧、硫、氮等元素，以及一些無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。活性炭的吸附作用由發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積、表面官能團(tuán)決定，因此提高孔隙度，可以顯著提高活性炭對(duì)污染物的吸附效果?；钚蕴恐泻械母鞣N表面官能團(tuán)，對(duì)活性炭吸附性能產(chǎn)生重要影響的主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)，例如羰基、羧基、酚類(lèi)等。但是現(xiàn)有技術(shù)制備的活性炭多以中孔微孔混合為主，很少有專(zhuān)門(mén)的微孔活性炭。
農(nóng)業(yè)秸稈作為生物質(zhì)能源，除少部分作為飼料外，大部分采用田邊露天焚燒的辦法處理，未得到有效利用，既浪費(fèi)了能源，也污染了大氣。與農(nóng)業(yè)秸稈類(lèi)似的，蘆葦、香蒲等濕地植物，收割的成熟植株利用率也極低。因此開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)秸稈及濕地植物生物質(zhì)資源的有效利用方式成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。半干青貯是一種保存飼料的發(fā)酵方法，能夠有效保證青綠植物的營(yíng)養(yǎng)成分，青貯飼料中存在的微生物種類(lèi)很多，主要有乳酸菌和酵母菌等，它們?cè)诎敫汕噘A過(guò)程中呈現(xiàn)不同的活動(dòng)狀態(tài)和作用。利用自然存在的乳酸菌在厭氧條件下對(duì)秸稈和濕地植物進(jìn)行發(fā)酵，使植物中的部分糖分轉(zhuǎn)變成乳酸，纖維軟化，酸度降低，以達(dá)到貯存的目的。將植物秸稈和半干青貯過(guò)程結(jié)合制備活性炭，青貯過(guò)程在微生物的作用下產(chǎn)生的官能團(tuán)能提升活性炭的性能，仍是一種尚未開(kāi)發(fā)的活性炭制備工藝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用半干青貯秸稈制備微孔活性炭的方法，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，且該方法制備的微孔活性炭，存在酸性官能團(tuán)，微孔多，吸附性能較好。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種利用半干青貯秸稈制備微孔活性炭的方法，包括以下步驟：
（1）取新鮮的植物秸稈粉碎至20~30mm，晾曬至含水量為40~55%后進(jìn)行半干青貯；半干青貯的條件為：秸稈放入青貯容器中壓實(shí)，密封，控制溫度20℃，避光青貯20-25天后，秸稈呈黃綠色、柔軟稍濕潤(rùn)、有一股濃酒酸味。
（2）將半干青貯后的秸稈烘干至恒重后粉碎，秸稈放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的磷酸中浸漬；
（3）將浸漬好的秸稈放入馬弗爐炭化活化，冷卻；
（4）去離子水洗滌至pH為中性，抽濾，烘干，即可制得微孔活性炭。
優(yōu)選地，步驟（2）中烘干的溫度為80~100℃，粉碎的目數(shù)為60~100目，步驟（2）中秸稈與磷酸的質(zhì)量比為1:1~2，浸漬時(shí)間為10~12h。
優(yōu)選地，步驟（3）中，活化炭化的溫度為450~600℃，時(shí)間60分鐘；步驟（4）中，烘干的條件為80~100℃烘干至恒重。
上述所述的制備方法中，新鮮的植物秸稈為農(nóng)業(yè)秸稈或挺水植物秸稈。
植物半干青貯的過(guò)程中，主要是在乳酸菌的厭氧條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸，產(chǎn)生較多酸性官能團(tuán)。本發(fā)明將半干青貯應(yīng)用于微孔活性炭的制備，制成的微孔活性炭不僅微孔多，而且表面含有較多的酸性官能團(tuán)，有利于將抗生素等污染物吸附去除。
本發(fā)明的有益成果是：
（1）本發(fā)明使用的原料是農(nóng)作物玉米秸稈或濕地挺水植物秸稈，具有分布廣泛，成本低的優(yōu)點(diǎn)，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境效益。
（2）本發(fā)明采用的半干青貯技術(shù)要求低，易操作，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，制成的微孔活性炭微孔多，可達(dá)78.2%，吸附性能好，且存在酸性官能團(tuán)，有利于抗生素等污染物的吸附去除。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
原料的前處理：玉米成熟后待收獲果實(shí)后，將玉米秸稈進(jìn)行收割（避免雨天進(jìn)行），將秸稈粉碎至20mm小段，在陽(yáng)光充足的通風(fēng)處進(jìn)行晾曬，使其水分降至50%后進(jìn)行半干青貯。半干青貯的方法為：秸稈放入青貯壇中壓實(shí)，用塑料薄膜封口，然后泥封貯藏，控制溫度20℃保證微生物發(fā)酵，避光并保證密封，青貯20天。開(kāi)封后秸稈呈現(xiàn)黃綠色、柔軟稍濕潤(rùn)、有一股濃酒酸味即可證明半干青貯成功。
活性炭的制備：將半干青貯后的玉米秸稈置于80℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，用粉碎機(jī)粉碎至60目。將原料放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%磷酸溶液中浸漬10h，原料與磷酸的質(zhì)量比為1:1.5。將浸漬好的原料置于馬弗爐中，450℃下炭化活化60min，自然冷卻至室溫。用去離子水沖洗至pH為中性，進(jìn)行抽濾使固液分離，固體在80℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，即得半干青貯玉米秸稈微孔活性炭。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：測(cè)得比表面積為741.630m2/g，微孔表面積為579.799m2/g，微孔體積占78.2%。
對(duì)比試驗(yàn)：以進(jìn)行和未進(jìn)行半干青貯秸稈制成的活性炭做吸附抗生素環(huán)丙沙星的對(duì)比試驗(yàn)，活性炭投加量0.4g/L，環(huán)丙沙星初始濃度200mg/L，測(cè)得對(duì)環(huán)丙沙星的最大吸附量為407.75mg/L(半干青貯秸稈制成的微孔活性炭)和323.10mg/L（未進(jìn)行半干青貯的秸稈制成的活性炭），這說(shuō)明半干青貯所制得的活性炭對(duì)環(huán)丙沙星的吸附效果有顯著提高，為26.2%。
實(shí)施例2
以蘆葦秸稈為原料，原料的前處理方法與實(shí)施例1一致。將半干青貯后的蘆葦秸稈置于90℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，用粉碎機(jī)粉碎至80目，將原料放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%磷酸溶液中浸漬12h，原料與磷酸的質(zhì)量比為1:2。將浸漬好的原料置于馬弗爐中，600℃下炭化活化60min，自然冷卻至室溫。用去離子水沖洗至pH為7.0，進(jìn)行抽濾，固液分離后，固體置于90℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，即得半干青貯蘆葦微孔活性炭。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：利用半干青貯秸稈所制得的活性炭羧基和酚羥基明顯增多。由Boehm滴定可得，半干青貯所制備的微孔活性炭總酸集團(tuán)為2.342mmol/g，與未半干青貯秸稈制成活性炭的1.814mmol/g相比，酸性官能團(tuán)顯著提高。且半干青貯秸稈制成的微孔活性炭等電點(diǎn)為5.76，未半干青貯秸稈制成活性炭的電等點(diǎn)6.13，等電點(diǎn)明顯降低。
實(shí)施例3
原料前處理：將香蒲秸稈進(jìn)行收割（避免雨天進(jìn)行），將秸稈粉碎至30mm小段，在陽(yáng)光充足的通風(fēng)處進(jìn)行晾曬，使其水分降至40%，進(jìn)行半干青貯。半干青貯的方法為：秸稈放入青貯壇中壓實(shí)，用塑料薄膜封口，然后泥封貯藏，控制溫度20℃保證微生物發(fā)酵，避光并保證密封，青貯25天。開(kāi)封后秸稈呈現(xiàn)黃綠色、柔軟稍濕潤(rùn)、有一股濃酒酸味即可證明半干青貯成功。
活性炭的制備：將半干青貯后的香蒲秸稈置于100℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，然后用粉碎機(jī)粉碎至100目。將原料放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%磷酸溶液中浸漬12h，原料與磷酸的質(zhì)量比為1:1。將浸漬好的原料置于馬弗爐中，500℃下炭化活化60min，自然冷卻至室溫。用去離子水沖洗至pH至中性，進(jìn)行抽濾使固液分離，固體置于100℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，即得半干青貯香蒲微孔活性炭。