一種漢麻稈活性炭及其制備、成型方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及活性炭技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種漢麻桿活性炭及其制備、成型方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭由于具有巨大的比表面積(1000-3500m2/g)和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的吸附性能，已廣泛應(yīng)用于水體除雜和氣體凈化。作為一種吸附能力優(yōu)良的吸附劑，活性炭具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，由于其不溶于水或有機(jī)溶劑，并且耐酸、耐堿、耐熱，而廣泛應(yīng)用于食品加工、環(huán)保、化工、藥物精煉、化學(xué)防護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域。在飲用水凈化方面，活性炭不僅具有脫色、除臭等功能，并且還可以除氯、重金屬離子和有機(jī)分子。近年來，人們?nèi)找骊P(guān)心飲用水的安全衛(wèi)生情況，人們希望通過一種有效地方法去除飲用水中的有害物質(zhì)，因而設(shè)計(jì)一種具有特殊孔結(jié)構(gòu)的多孔炭材料，并能夠高效、廣泛的濾除水中的有害物質(zhì)具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]但是現(xiàn)有活性炭的孔徑結(jié)構(gòu)較為單一、結(jié)構(gòu)無規(guī)則，且孔徑直徑較小，不能有效的吸附水中的雜質(zhì)。且，活性炭成型體一般是通過有機(jī)/無機(jī)粘結(jié)劑將粉末活性炭粘結(jié)后成型，考慮到用于水處理的活性炭成型體需要能夠長時(shí)間耐水浸泡并且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，故選擇一種適宜的粘結(jié)劑將直接決定活性炭成型體的使用壽命和過濾性能。傳統(tǒng)工藝采用的有機(jī)樹脂類粘結(jié)劑，需要將成型體在高溫下熱處理一段時(shí)間，因而存在能耗大、有毒、使用量多成本高、比表面積下降等缺點(diǎn)。
[0004]因此，如何選擇提供一種能夠針對(duì)不同雜質(zhì)同時(shí)進(jìn)行吸附，并能吸附一些較大顆粒雜質(zhì)、且產(chǎn)率高、成型耗能小、無毒、無害、低成本的具有特殊孔徑結(jié)構(gòu)的活性炭是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述存在的問題，提供了一種漢麻桿活性炭及其制備、成型方法和應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采取以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]—種漢麻桿活性炭，所述活性炭的比表面積為800-3000m2/g，總孔容為0.5-1 cm3/g，孔徑范圍為0.5-4nm，所述活性炭具有層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選地，所述層次型微孔結(jié)構(gòu)包含孔徑范圍為0.7-1.Snm的微孔。
[0009]傳統(tǒng)活性炭的孔狀結(jié)構(gòu)一般是無規(guī)的，孔徑主要集中在Inm以下，當(dāng)雜質(zhì)分子大于其孔徑，則無法有效吸附以除去雜質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的漢麻桿活性炭在0.5-4nm范圍內(nèi)具備層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)，更有利于吸附水中各類雜質(zhì)。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供上述漢麻桿活性炭的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)將漢麻桿粉碎，然后水洗除雜烘干；
[0012](2)預(yù)處理:將漢麻桿粉末置于濃度為0.l-5mol/L的活化劑溶液中浸漬，直至漢麻桿粉末的孔隙結(jié)構(gòu)中均勻填充有活化劑，然后將漢麻桿粉末過濾、烘干；
[0013](3)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2-10°C /min的速度升溫至500_1000°C后，炭化0.5-6小時(shí)，在恒溫度下通入流速為l_15mL/min的水蒸氣活化0.5-4小時(shí)，用去離子水洗至中性后烘干，得到漢麻桿活性炭。
[0014]其中，步驟(I)中用水沖洗漢麻桿粉末是為了除去多余的雜質(zhì)并減短預(yù)處理過程中活化劑浸漬的時(shí)間。制備過程中的預(yù)處理主要是將汗麻桿粉末與活化劑混合均勻，以使其在活化過程中能根據(jù)前期設(shè)計(jì)需求產(chǎn)生所需的孔結(jié)構(gòu)。
[0015]為了提高漢麻桿高活性炭的產(chǎn)率，這里采用了物理-化學(xué)活化法。通過上述物理-化學(xué)活化法可以調(diào)控漢麻桿活性炭的微孔、介孔結(jié)構(gòu)并提高產(chǎn)率，制備出層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)，這種微孔、介孔結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的吸附性能。
[0016]優(yōu)選地，所述活化劑為磷酸銨、磷酸氫二胺、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鋅中的任一種。
[0017]優(yōu)選地，步驟⑴中洗凈烘干后的漢麻桿粉末還經(jīng)100目過篩。
[0018]優(yōu)選地，步驟⑵中漢麻桿粉末在活化劑溶液中浸漬3-8小時(shí)。
[0019]為了進(jìn)一步得到超高比表面積(800_3000m2/g)的漢麻桿活性炭，對(duì)上述方法制備而成的漢麻桿活性炭進(jìn)行化學(xué)活化處理，(化學(xué)活化是對(duì)上述制得的活性炭的進(jìn)一步處理)包括以下步驟:
[0020](I)將適量去離子水、質(zhì)量比為1:2-6的漢麻桿活性炭與KOH混合均勻，加熱攪拌至干燥；
[0021](2)將干燥后的產(chǎn)物迅速轉(zhuǎn)入炭化爐內(nèi)，以2-10 °C/min的升溫速度升至600-900 0C，并保溫2-6小時(shí)；
[0022](3)待炭化爐降至常溫后，用0.5-3mol/L的鹽酸溶液洗滌產(chǎn)物，并用去離子水洗至中性后烘干，得到最終產(chǎn)品。
[0023]上述化學(xué)活化處理后得到的最終產(chǎn)品，具有超高的比表面積(800-3000m2/g)、優(yōu)異的層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)和較高的孔容(0.5-lcmVg)。
[0024]本發(fā)明的又一目的是提供上述漢麻桿活性炭的成型方法，包括以下步驟:
[0025](I)將重量份數(shù)的以下組分混合均勻得到活性炭漿料:粉碎至50-400目漢麻桿活性炭100份、試劑A 5-45份、適量水和乙醇；其中，試劑A為酚醛樹脂、羧基丁苯乳膠、苯丙乳膠、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇和煤焦油中的一種或一種以上的組合；
[0026](2)將活性炭漿料模壓成型，得到漢麻桿活性炭預(yù)成型體，將該預(yù)成型體放置I天后移入恒溫鼓風(fēng)烘箱，加熱至100-35(TC并保溫0.5-5小時(shí)，得到漢麻桿活性炭成型體。
[0027]優(yōu)選地，所述漢麻桿活性炭成型體的水穩(wěn)定性系數(shù)為90-93% ;所述漢麻桿活性炭成型體的密度為0.41-0.46g/cm3。
[0028]本發(fā)明還公開了上述漢麻桿活性炭的成型方法制得的漢麻桿活性炭成型體在凈水器濾芯上的應(yīng)用。漢麻桿活性炭成型體具有良好的水穩(wěn)定性，層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)，超高比表面積和較高的孔容，可吸附水中的余氯、金屬離子、有機(jī)分子和其他雜質(zhì)，可做凈水器濾芯使用。上述漢麻桿活性炭成型體制備的濾芯可以具有更小的體積、較長的使用壽命和優(yōu)異的過濾性能。
[0029]本發(fā)明的有益效果如下:
[0030](I)本發(fā)明的漢麻桿活性炭具有優(yōu)異的層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)、較高的孔容(0.5-lcm3/g)和超高的比表面積(800-3000m2/g)，更有利于吸附水中各類雜質(zhì)。
[0031 ] (2)本發(fā)明漢麻桿活性炭的制備方法，通過物理-化學(xué)活化法調(diào)控活性炭的微孔、介孔結(jié)構(gòu)及提高產(chǎn)率，制備出層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)，這種微孔、介孔結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的吸附性能。將得到的活性炭進(jìn)一步通過化學(xué)活化處理，得到超高比表面積的漢麻桿活性炭。
[0032](3)本發(fā)明漢麻桿活性炭的成型方法，加工處理步驟簡單、能耗小，制得的活性炭成型體無毒、無害、低成本、耐水性好，并且由于制得的活性炭具有層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)，故能夠廣泛應(yīng)用于水中余氯、金屬離子、有機(jī)分子和其他雜質(zhì)的吸附，可做凈水器濾芯使用。上述漢麻桿活性炭成型體制備的濾芯可以具有更小的體積、較長的使用壽命和優(yōu)異的過濾性能。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種漢麻桿活性炭及其制備、成型方法和應(yīng)用，用于提供一種具有特殊微孔、介孔結(jié)構(gòu)、具備優(yōu)異吸附性能的活性炭，且能夠避免環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。
[0034]為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0036]實(shí)施例1
[0037]一種漢麻桿活性炭的制備方法，屬于物理-化學(xué)活化法，包括以下步驟:
[0038](I)將漢麻桿莖粉碎成粉末，然后水洗除雜烘干；優(yōu)選地，洗凈烘干后的漢麻桿粉末還經(jīng)100目過篩；
[0039](2)預(yù)處理:將漢麻桿粉末置于濃度為0.l-5mol/L的活化劑溶液中浸漬，直至漢麻桿粉末的孔隙結(jié)構(gòu)中均勻填充有活化劑，然后將漢麻桿粉末過濾、烘干；所述活化劑為磷酸銨、磷酸氫二胺、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鋅中的任一種；
[0040](3)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2-10°C /min的速度升溫至500-1000°C后，炭化0.5-6小時(shí)，在恒溫度下通入流速為l_15mL/min的水蒸氣活化0.5-4小時(shí)，用去離子水洗至中性后烘干，得到漢麻桿活性炭。
[0041]其中，步驟⑵中漢麻桿粉末在活化劑溶液中優(yōu)選浸漬3-8小時(shí)。步驟⑴中用水沖洗漢麻桿粉末是為了除去多余的雜質(zhì)并減短預(yù)處理過程中活化劑浸漬的時(shí)間。制備過程中的預(yù)處理主要是將汗麻桿粉末與活化劑混合均勻，以使其在活化過程中能根據(jù)前期設(shè)計(jì)需求產(chǎn)生所需的微孔、介孔結(jié)構(gòu)。
[0042]為了提高漢麻桿高活性炭的產(chǎn)率，這里采用了物理-化學(xué)活化法。通過上述物理-化學(xué)活化法可以調(diào)控漢麻桿活性炭的微孔、介孔結(jié)構(gòu)并提高產(chǎn)率，制備出層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)，這種微孔、介孔結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的吸附性能。
[0043]為了進(jìn)一步提高漢麻桿活性炭的比表面積，對(duì)上述方法制備而成的漢麻桿活性炭進(jìn)行化學(xué)活化處理，包括以下步驟:
[0044](I)將適量去離子水、質(zhì)量比為1:2-6的漢麻桿活性炭與KOH混合均勻，加熱攪拌至干燥；
[0045](2)將干燥后的產(chǎn)物迅速轉(zhuǎn)入炭化爐內(nèi)，以2-10 °C /min的升溫速度升至600-900 0C，并保溫2-6小時(shí)；
[0046](3)待炭化爐降至常溫后，用0.5-3mol/L的鹽酸溶液洗滌產(chǎn)物，并用去離子水洗至中性后烘干，得到最終產(chǎn)品。
[0047]上述化學(xué)活化處理后得到的最終產(chǎn)品，比表面積為800-3000m2/g，總孔容為
0.5-lCm3/g，孔徑范圍為0.5-4nm，具有層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)。該層次型微孔結(jié)構(gòu)包含孔徑范圍為0.5-2.0nm的微孔。
[0048]傳統(tǒng)活性炭的孔狀結(jié)構(gòu)一般是無規(guī)的，孔徑主要集中在Inm以下，當(dāng)雜質(zhì)分子大于其孔徑，則無法有效吸附以除去雜質(zhì)。本實(shí)施例的最終產(chǎn)品漢麻桿活性炭在0.5-4nm范圍內(nèi)具備層次型微孔、介孔結(jié)構(gòu)，更有利于吸附水中各類雜質(zhì)。
[0049]實(shí)施例2
[0050]一種漢麻桿活性炭的成型方法，所述漢麻桿活性炭如實(shí)施例1所述，包括以下步驟:
[0051](I)將重量份數(shù)的以下組分混合均勻得到活性炭漿料:粉碎至50-400目漢麻桿活性炭100份、試劑A 5