負(fù)載MnO₂的黃芪廢渣活性炭及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭及其制備方法，該負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭是以黃芪廢渣為原料，采用氫氧化鉀活化、高錳酸鉀改性制備而成的。其制備方法是先將黃芪廢渣預(yù)處理，進行氫氧化鉀溶液浸漬，碳化活化，酸洗、水洗后制得黃芪廢渣活性炭，然后將該黃芪廢渣活性炭預(yù)處理進行KMnO4氧化改性，制得負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭。本發(fā)明負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭不僅通過KMnO4的氧化作用增加了表面含氧官能團如羧基、羥基、羰基等的數(shù)量，提高了該活性炭產(chǎn)品的極性，同時KMnO4的還原產(chǎn)物MnO2負(fù)載于該活性炭的表面和微孔中，顯著地提高了對極性物質(zhì)的吸附能力。
【專利說明】
負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明涉及活性炭制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭及其制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]活性炭是用煙煤、褐煤、果殼或木肩等原料經(jīng)炭化、活化制成的黑色多孔顆粒，由微晶炭和無定型炭構(gòu)成，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、比表面積大，吸附能力強。近年來，隨著人們對環(huán)保問題的日益重視，活性炭被廣泛應(yīng)用于制藥、化工、食品、加工、冶金工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬對活性炭性能提出了更高的要求，進一步促進了活性炭在原料、制備方法等方面的發(fā)展，也促進了不同品種特殊性能活性炭的研究開發(fā)。
[0003]目前，國內(nèi)外研究者利用廢棄材料制備活性炭，以謀求廉價原料的探索受到了越來越多的重視。我國作為中藥生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)生大量的中藥渣，其常見資源化途徑是用作肥料、飼料和生產(chǎn)食用菌的原材料，經(jīng)濟附加值較低。中藥藥渣中含有大量的粗纖維、粗脂肪、淀粉、多糖、蛋白、氨基酸及微量元素等，且含碳量較高，正是制備活性炭的最好原料，具有很大的開發(fā)價值。以中藥渣為原料，將其制備成活性炭，不僅可以提高中藥渣自身附加值，減少環(huán)境污染，同時也拓寬活性炭生產(chǎn)的原料來源，為中藥渣的資源化利用開辟了新途徑。現(xiàn)有技術(shù)中有采用中藥材為原料制備活性炭的方法，如CN 104787764A公開的一種用黃芪渣制備活性炭的方法，其包括如下步驟:(I)黃芪廢渣預(yù)處理:將黃芪廢渣原料洗凈、烘干、粉碎，過40目篩，備用；(2)氫氧化鉀溶液浸漬:將預(yù)處理后的黃芪廢渣，用質(zhì)量濃度為30 %?飽和的氫氧化鉀溶液在室溫下浸漬至少24h，其浸漬比即黃苗廢渣質(zhì)量:氫氧化鉀溶液體積為1:3—1:12; (3)—步炭化:將浸漬好的黃芪廢渣放入加熱爐中，升溫至400?9000C，進行一步炭化，炭化活化時間為15-90min； (4)酸洗、水洗:將得到的碳化物冷卻至室溫，用鹽酸溶液洗后，用蒸餾水洗滌，直至pH值在中性范圍；(5)干燥、研磨:將得到的產(chǎn)物烘干，研磨后，即得活性炭成品。該方法以黃芪廢渣為原料，采用氫氧化鉀活化法制備活性炭不僅可利用含碳廢棄物，又可以解決環(huán)境污染問題，同時也拓寬了活性炭生產(chǎn)的原料來源。而活性炭本身是一種非極性的吸附劑，由于它的疏水性，使它在水溶液中可以有效地吸附各種非極性或弱極性物質(zhì)，但對極性物質(zhì)吸附能力較弱。在此基礎(chǔ)上，
【申請人】用高錳酸鉀對其進行氧化改性，一方面通過高錳酸鉀的氧化作用增加表面含氧官能團如羧基、羥基、羰基等的數(shù)量，提高該活性炭產(chǎn)品的極性，同時高錳酸鉀的還原產(chǎn)物二氧化錳負(fù)載于活性炭的表面和微孔中，可顯著提高對極性物質(zhì)的吸附能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭及其制備方法，該負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭可提高對極性物質(zhì)的吸附效率。
[0005 ]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0006]—種負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭，是以黃芪廢渣為原料，采用氫氧化鉀活化、高錳酸鉀改性制備而成的。
[0007]上述負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的制備方法，包括以下步驟:
[0008]S1:黃芪廢渣預(yù)處理:將黃芪廢渣原料洗凈、烘干、粉碎，過40目篩，裝瓶備用；
[0009]S2:氫氧化鉀溶液浸漬:將質(zhì)量濃度為20 %的氫氧化鉀溶液與黃芪廢渣充分混合；
[0010]S3:碳化活化:將浸漬好的黃芪廢渣放入馬弗爐中，升溫至550?650°C，進行一步碳化，炭化活化時間為60?80min ；
[0011 ] S4:酸洗、水洗:將上述活化碳化物冷卻至室溫，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸餾水洗至中性，烘干、粉碎，過40目篩，S卩得黃芪廢渣活性炭；
[0012]S5:ΚΜηθ4改性:將上述黃芪廢渣活性炭與濃度為0.01?0.20mol/L的KMnO4溶液充分混合后，于98°C水浴加熱30?180min，用蒸餾水洗至濾出液pH值呈中性，烘干即得負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭。
[0013]步驟S2中所述黃芪廢渣(質(zhì)量為g)與氫氧化鉀溶液(體積為L)的固液比為1:3。
[0014]步驟S5中所述黃芪廢渣活性炭(質(zhì)量為g)與KMnO4溶液(體積為L)的固液比為1:1o
[0015]本發(fā)明以黃芪廢渣為制備活性炭的原料，采用氫氧化鉀活化法制備黃芪廢渣活性炭后，將其用KMnO4溶液進行氧化改性，得到了負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭，該負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭不僅通過KMnO4的氧化作用增加了表面含氧官能團如羧基、羥基、羰基等的數(shù)量，提高了該活性炭產(chǎn)品的極性，同時KMnO4的還原產(chǎn)物MnO2負(fù)載于該活性炭的表面和微孔中，顯著地提高了對極性物質(zhì)的吸附能力。因此，本發(fā)明不僅可利用黃芪藥渣廢棄物使其“變廢為寶”，解決環(huán)境污染問題，拓寬活性炭生產(chǎn)的原料來源，同時制備出的負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭可增加對極性物質(zhì)的吸附量。
【附圖說明】
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[0016]圖1是本發(fā)明負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭與黃芪廢渣活性炭的掃描電鏡圖；
[0017]圖2是本發(fā)明負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的XRD圖；
[0018]圖3是本發(fā)明中黃芪廢渣活性炭的XRD圖。
【具體實施方式】
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[0019]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭，是以黃芪廢渣為原料，采用氫氧化鉀活化、高錳酸鉀改性制備而成的。具體是先將黃芪廢渣預(yù)處理，進行氫氧化鉀溶液浸漬，碳化活化，酸洗、水洗后制得黃芪廢渣活性炭，然后將該黃芪廢渣活性炭預(yù)處理進行KMnO4氧化改性，制得負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭。
[0021]實施例1
[0022]負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的制備方法，包括以下步驟:
[0023]SI:黃芪廢渣預(yù)處理:將黃芪廢渣原料洗凈、烘干、粉碎，過40目篩(以消除粒徑對實驗結(jié)果的影響)，裝瓶備用；
[0024]S2:氫氧化鉀溶液浸漬:將質(zhì)量濃度為20 %的氫氧化鉀溶液與黃芪廢渣充分混合，其中:黃芪廢渣與氫氧化鉀溶液的固液比為I: 3;
[0025]S3:碳化活化:將浸漬好的黃芪廢渣放入馬弗爐中，升溫至550?650°C，進行一步碳化，炭化活化時間為60?80min ；
[0026]S4:酸洗、水洗:將上述活化碳化物冷卻至室溫，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸餾水洗至中性，烘干、粉碎，過40目篩，S卩得黃芪廢渣活性炭；
[0027]S5:ΚΜηθ4改性:將上述黃芪廢渣活性炭與濃度為0.10mol/L的KMnO4溶液(黃芪廢渣活性炭與KMnO4溶液的固液比為1:1)充分混合后，于98 °C水浴加熱90min，用蒸餾水洗至濾出液PH值呈中性，烘干即得負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭。
[0028]S6:取30mg制得的負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭于錐形瓶中，加入15mL濃度為100mg/L、pH值為6.0的Cd2+溶液，混合，水浴振蕩60min。結(jié)果表明，氧化改性后的活性炭對Cd2+的最大吸附量為217.86mg/g，是改性前黃芪廢渣活性炭的1.86倍。
[0029]實施例2
[0030]負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的制備方法，包括以下步驟:
[0031]SI:黃芪廢渣預(yù)處理:將黃芪廢渣原料洗凈、烘干、粉碎，過40目篩(以消除粒徑對實驗結(jié)果的影響)，裝瓶備用；
[0032]S2:氫氧化鉀溶液浸漬:將質(zhì)量濃度為20 %的氫氧化鉀溶液與黃芪廢渣充分混合，其中:黃芪廢渣與氫氧化鉀溶液的固液比為I: 3;
[0033]S3:碳化活化:將浸漬好的黃芪廢渣放入馬弗爐中，升溫至550?650°C，進行一步碳化，炭化活化時間為60?80min ；
[0034]S4:酸洗、水洗:將上述活化碳化物冷卻至室溫，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸餾水洗至中性，烘干、粉碎，過40目篩，S卩得黃芪廢渣活性炭；
[0035]S5:ΚΜηθ4改性:將上述黃芪廢渣活性炭與濃度為0.20mol/L的KMnO4溶液(黃芪廢渣活性炭與KMnO4溶液的固液比為10:1)充分混合后，于98°C水浴加熱60min，用蒸餾水洗至濾出液pH值呈中性，烘干即得負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭。
[0036]S6:取30mg制得的負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭于錐形瓶中，加入15mL濃度為100mg/L、pH值為6.0的Cd2+溶液，混合，水浴振蕩60min。結(jié)果表明，氧化改性后的活性炭對Cd2+的最大吸附量為204.98mg/g，是改性前黃芪廢渣活性炭的1.75倍。
[0037]1.對黃芪廢渣活性炭和負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭表面分析
[0038]如圖1所示，圖1a和圖1b分別是黃芪廢渣活性炭和負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的掃描電鏡圖。從圖1a中可以看出，黃芪廢渣活性炭表面分布了豐富的、不均勻的、無規(guī)則的空隙、通道，呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)；而圖1b中，負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭表面相對平坦，并且表面有很多顆粒狀物質(zhì)，這些顆粒狀物質(zhì)是高錳酸鉀在氧化還原過程中生成的MnO2, MnO2負(fù)載于活性炭的表面和微孔中，能顯著提高對極性物質(zhì)的吸附率。
[0039]2.對黃芪廢渣活性炭和負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭X射線衍射分析
[0040]X射線衍射分析是晶體結(jié)構(gòu)定性分析的有效方法?；钚蕴康幕咎抠|(zhì)由已石墨化的活性炭微晶和未石墨化的非晶炭質(zhì)構(gòu)成，非晶炭質(zhì)與炭微晶的相互連接則構(gòu)成了活性炭的形狀和孔隙結(jié)構(gòu)。如圖2、圖3所示，是黃芪廢渣活性炭(AC)和負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭(AC-Mn)的XRD圖，由圖2可知，黃芪廢渣活性炭在26°和43°附近出現(xiàn)了特征衍射峰，分別代表亂層石墨的(002)平面和(001)平面。改性后，002平面的峰強度減弱，100平面的峰消失，表明改性后活性炭的亂層程度增加，石墨化程度降低，表面原子的活潑型增強，有助于對小分子和離子的吸附；同時AC-Mn在25.91° ,37.13° ,42.57°，65.95°處出現(xiàn)了新的衍射峰，這些峰是MnO2的特征衍射峰。
【主權(quán)項】
1.一種負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭，其特征在于:所述負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭是以黃芪廢渣為原料，采用氫氧化鉀活化、高錳酸鉀改性制備而成的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: S1:黃芪廢渣預(yù)處理:將黃芪廢渣原料洗凈、烘干、粉碎，過40目篩，裝瓶備用； S2:氫氧化鉀溶液浸漬:將質(zhì)量濃度為20 %的氫氧化鉀溶液與黃芪廢渣充分混合； S3:碳化活化:將浸漬好的黃芪廢渣放入馬弗爐中，升溫至550?650°C，進行一步碳化，炭化活化時間為60?80min ； S4:酸洗、水洗:將上述活化碳化物冷卻至室溫，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸餾水洗至中性，烘干、粉碎，過40目篩，S卩得黃芪廢渣活性炭； S5:ΚΜηθ4改性:將黃芪廢渣活性炭與濃度為0.01?0.20mol/L的KMnO4溶液充分混合后，于98 °C水浴加熱30?180min，用蒸餾水洗至濾出液pH值呈中性，烘干即得負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的制備方法，其特征在于:步驟S2中所述黃芪廢渣與氫氧化鉀溶液的固液比為1: 3。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述負(fù)載MnO2的黃芪廢渣活性炭的制備方法，其特征在于:步驟S5中所述黃芪廢渣活性炭與KMnO4溶液的固液比為10:1。
【文檔編號】B01J20/30GK106082214SQ201610455458
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】馮寧川, 范瑋, 姚惠琴, 朱美霖
【申請人】寧夏醫(yī)科大學(xué)