專利名稱：利用咖啡豆渣制造活性碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種制造活性碳的方法，尤其是關(guān)于一種利用咖啡豆渣制造活性碳的方法。
(2)背景技術(shù)活性碳(Activated Carbon)具有相當(dāng)特殊的孔洞結(jié)構(gòu)，它為一多孔性碳體的集合性名稱，因它具有高比表面積(一般可達(dá)500-1500m2/g)的特性，故適宜吸附有機(jī)污染物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于環(huán)工、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)。
活性碳的種類可分為以下4種1.粒狀活性碳(GAC)主要應(yīng)用于揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的處理與回收、空氣凈化(如脫臭)、空氣污染防治。
2.粉狀活性碳(PAC)主要應(yīng)用于凈水工程(如處理三鹵甲烷)、廢水工程、食品工業(yè)(如脫色)。
3.定形活性碳將活性碳經(jīng)過再制、定型過程，制成特定產(chǎn)業(yè)所需的形狀，如應(yīng)用于特殊氣體吸附或作為反應(yīng)觸媒擔(dān)體(載體)。
4.纖維狀活性碳將活性碳制成纖維狀的不織布，可減少壓力降，可用于回收有機(jī)溶劑，如半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制程；以及日常生活的空氣清凈機(jī)、冷氣機(jī)濾網(wǎng)。
而活性碳通常選取具有高碳、低無機(jī)物含量的物質(zhì)為原料來進(jìn)行活性碳的制造。如動(dòng)、植物及礦物等含碳量較高的物質(zhì)，在經(jīng)過適當(dāng)處理程序后(如熱裂解反應(yīng))，即可制成活性碳。
目前研究中，可作為活性碳原料計(jì)有泥煤、褐煤、褐炭、煙煤、椰子殼、木材、廢竹筷、木屑、堅(jiān)果殼、甘蔗渣、重油渣、石油焦、廢輪胎、污泥、稻殼、玉米穗軸、紅糖等。
一般而言，椰子殼、堅(jiān)果殼具有高密度和極高的揮發(fā)性，所制成的活性碳適于空氣凈化或揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的處理與回收。而木材和木質(zhì)素等密度較小的物質(zhì)，則多用于凈水工程。
而咖啡豆渣為咖啡飲料及相關(guān)制品工廠主要的食品廢棄物，隨著國(guó)人飲用咖啡的風(fēng)氣日盛，相對(duì)地該項(xiàng)廢棄物產(chǎn)量也日增，無形增加許多環(huán)境負(fù)荷。倘若能將咖啡豆渣資源化，不但能解決處理此廢棄物的棘手問題，更能賦予咖啡豆渣新的利用價(jià)值。
基于上述理念，本發(fā)明提出將咖啡豆渣資源化處理的概念，希望能將原是廢棄物的咖啡豆渣轉(zhuǎn)化成環(huán)工、食品等產(chǎn)業(yè)界常用的活性碳制品，達(dá)到將廢棄物資源化的目的。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用咖啡豆渣制造活性碳的方法，進(jìn)而將廢棄物資源化。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用咖啡豆渣制造活性碳的方法，其制成的活性碳具有高比表面積值。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的利用咖啡豆渣制造活性碳的方法，其特點(diǎn)是，包括下列步驟將該咖啡豆渣浸泡于一活化劑中，使該活化劑吸附在該咖啡豆渣表面；以及將該浸泡過的咖啡豆渣移入一高溫旋窯爐中進(jìn)行碳化與活化反應(yīng)，而獲得一活性碳粗成品。
如所述的制造活性碳的方法，其中該活化劑為碳酸鹽系。
如所述的制造活性碳的方法，其中該碳酸鹽系為碳酸鉀、碳酸鈣或碳酸鎂。
如所述的制造活性碳的方法，其中該活化劑濃度為10％～40％。
如所述的制造活性碳的方法，其中該浸泡時(shí)間為1～2小時(shí)。
如所述的制造活性碳的方法，其中該咖啡豆渣在該高溫旋窯爐中的反應(yīng)溫度為700-900℃。
如所述的制造活性碳的方法，其中該反應(yīng)溫度是以10℃/min的升溫速率來達(dá)到。
如所述的制造活性碳的方法，其中該反應(yīng)時(shí)間為1～3小時(shí)。
如所述的制造活性碳的方法，其中該高溫旋窯爐包括一熱裂解反應(yīng)管。
如所述的制造活性碳的方法，其中該熱裂解反應(yīng)管是由一不銹鋼材質(zhì)制成。
如所述的制造活性碳的方法，其中該高溫旋窯爐還包括一氣體鋼瓶，它提供一氣體用以排除該熱裂解反應(yīng)管內(nèi)的氣體，使該反應(yīng)可在缺氧條件下進(jìn)行。
如所述的制造活性碳的方法，其中該氣體為氮?dú)狻?br> 如所述的制造活性碳的方法，其中該粗成品須再經(jīng)一粗成品后處理程序而得一活性碳成品。
如所述的制造活性碳的方法，其中該粗成品后處理程序是對(duì)該粗成品進(jìn)行下列步驟酸洗及水洗；以丙酮浸泡并以超聲波震蕩1小時(shí)；過濾去除丙酮；以蒸餾水淋洗；以及以200℃烘干12～24小時(shí)，而可得該活性碳成品。
如所述的制造活性碳的方法，其中該酸洗步驟是以0.5N鹽酸溶液在85℃下處理30分鐘，再以抽氣過濾移除濾液。
如所述的制造活性碳的方法，其中該水洗步驟是以85℃蒸餾水處理30分鐘，再以抽氣過濾移除濾液。
如所述的制造活性碳的方法，其中該水洗步驟須重復(fù)至該濾液的pH值大于6為止。
如所述的制造活性碳的方法，其中該活性碳成品的比表面積為726～1317m2/g。
本發(fā)明另一方面提供一種活性碳，是利用咖啡豆渣為原料制成。
如所述的活性碳，它是由下列步驟制成將該咖啡豆渣浸泡于一活化劑中，使該活化劑吸附在該咖啡豆渣表面；以及將該浸泡過的咖啡豆渣移入一高溫旋窯爐中進(jìn)行碳化與活化反應(yīng)，而獲得一活性碳粗成品。
如所述的活性碳，其中該活化劑是為碳酸鹽系。
如所述的活性碳，其中該碳酸鹽系為碳酸鉀、碳酸鈣或碳酸鎂。
如所述的活性碳，其中該活化劑濃度為10％～40％。
如所述的活性碳，其中該咖啡豆渣在該高溫旋窯爐中的反應(yīng)溫度為700-900℃。
如所述的活性碳，其中該反應(yīng)溫度是以10℃/min的升溫速率來達(dá)到。
如所述的活性碳，其中該粗成品須再經(jīng)一粗成品后處理程序而獲得一活性碳成品。
如所述的活性碳，其中該活性碳成品的比表面積為726～1317m2/g。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1為本發(fā)明的利用咖啡豆渣制造活性碳的方法的簡(jiǎn)易流程圖。
圖2為本發(fā)明所采用的高溫旋窯爐裝置的示意圖。
圖3是顯示本發(fā)明高溫旋窯爐的升溫程序的曲線圖。
(5)具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1，它為本發(fā)明的利用咖啡豆渣制造活性碳的方法的簡(jiǎn)易流程圖。該方法的各步驟依序詳細(xì)說明如下咖啡豆渣前處理將取得的咖啡豆渣洗凈、烘干，待冷卻后，挑出雜質(zhì)并碾碎。
浸泡活化劑將經(jīng)前處理的咖啡豆渣浸泡于一碳酸鹽系的化學(xué)活化劑中，如碳酸鉀、碳酸鈣或碳酸鎂，使活化劑吸附在咖啡豆渣表面，而該活化劑濃度較佳為為10％～40％。于浸泡1～2小時(shí)后，將咖啡豆渣過濾并干燥。
旋窯爐碳化及活化程序稱取100克上述浸泡活化劑后的咖啡豆渣放入高溫旋窯爐中。高溫旋窯爐裝置如圖2所示，高溫旋窯爐主體21為高約100cm的中空可開式長(zhǎng)方體，最高溫度可達(dá)1050℃，附有溫度控制器可控制升溫速率、加熱時(shí)間且可維持定溫反應(yīng)。在旋窯爐主體21的加熱區(qū)22中包括一個(gè)以不銹鋼材質(zhì)制成的熱裂解反應(yīng)管23，長(zhǎng)約90cm，管壁厚0.5cm，管內(nèi)直徑3.5cm，反應(yīng)管23前預(yù)熱段約為25cm，反應(yīng)恒溫區(qū)約為50cm。反應(yīng)管23本身可依順時(shí)針或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)(如圖號(hào)24所示)，以助管內(nèi)反應(yīng)進(jìn)行。此外，在加熱區(qū)22上方具有一保護(hù)蓋25，有助于加熱區(qū)22溫度的維持。
高溫旋窯爐裝置還包括氣體鋼瓶26，用以提供氮?dú)?，可排除熱裂解反?yīng)管23內(nèi)的空氣，使反應(yīng)可完全在缺氧條件下進(jìn)行熱裂解反應(yīng)，同時(shí)并可將反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物帶出。
根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，此旋窯爐碳化及活化程序的操作步驟是將咖啡豆渣放入熱裂解反應(yīng)管23中，并蓋上加熱區(qū)22的保護(hù)蓋25，由操作面板27設(shè)定升溫程序，開啟氣體鋼瓶26，使其氣體充滿熱裂解反應(yīng)管23，再以10℃/min的速率升溫(升溫程序如圖3所示)至700-900℃后，維持恒溫1～3小時(shí)，使熱裂解反應(yīng)進(jìn)行以完成碳化及活化程序，而得到一活性碳粗成品。
粗成品后處理將粗成品加入250ml的0.5N鹽酸溶液中，在85℃下進(jìn)行酸洗30分鐘，通過抽氣過濾移除濾液，再加入85℃蒸餾水250ml進(jìn)行水洗30分鐘，并去除濾液，重復(fù)水洗步驟直至濾液的pH值大于6為止。將樣品以丙酮浸泡并以超聲波震蕩1小時(shí)，再抽氣過濾，重復(fù)此步驟數(shù)次直至濾液澄清，最后以蒸餾水淋洗數(shù)次，再將樣品送入200℃烘箱中12~24小時(shí)，取出置入干燥器中并抽真空置冷，而獲得一活性碳成品。
由上述步驟制得的活性碳成品，經(jīng)委托臺(tái)灣大學(xué)化工系與中央大學(xué)化工系，以Micromeritics Instrument Corporation的ASAP 2000及2001型微孔隙分析儀進(jìn)行比表面積值的測(cè)量，測(cè)得該活性碳成品的比表面積約為726~1317m2/g。表一為目前可行的活性碳制法所制得的活性碳的比表面積值比較。
表一活性碳原料 比表面積值商業(yè)化產(chǎn)品(甲) 300-600商業(yè)化產(chǎn)品(乙) 950-1050回收竹筷(水蒸氣活化) 719黑糖(水蒸氣活化) 688污泥(氯化鋅活化) 585稻殼(氯化鋅活化) 1134
玉米穗軸(氯化鋅活化)1410蔗渣(水蒸氣活化)657花生殼(水蒸氣活化) 549開心果殼(水蒸氣活化)586龍眼籽(水蒸氣活化) 584桃核(水蒸氣活化)632橄欖核(水蒸氣活化) 656咖啡豆渣(碳酸鉀活化)1317綜上所述，以本發(fā)明的利用咖啡豆渣制造活性碳的方法所制得的活性碳，其比表面積可高達(dá)1,317m2/g，因此具有極高的吸附效能。故本發(fā)明可有效將咖啡豆渣轉(zhuǎn)制成環(huán)工、食品等產(chǎn)業(yè)大量使用的活性碳產(chǎn)品，達(dá)到將廢棄物資源化的目的。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用咖啡豆渣制造活性碳的方法，其特征在于，包括下列步驟將該咖啡豆渣浸泡于一活化劑中，使該活化劑吸附在該咖啡豆渣表面；以及將該浸泡過的咖啡豆渣移入一高溫旋窯爐中進(jìn)行碳化與活化反應(yīng)，而獲得一活性碳粗成品。
2.如權(quán)利要求1所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該活化劑為碳酸鹽系，而該碳酸鹽系為碳酸鉀、碳酸鈣或碳酸鎂。
3.如權(quán)利要求1所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該活化劑濃度為10％～40％，而該浸泡時(shí)間為1～2小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該咖啡豆渣在該高溫旋窯爐中的反應(yīng)溫度為700-900℃。
5.如權(quán)利要求4所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該反應(yīng)溫度是以10℃/min的升溫速率來達(dá)到，而該反應(yīng)時(shí)間為1～3小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該高溫旋窯爐包括一熱裂解反應(yīng)管。
7.如權(quán)利要求6所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該熱裂解反應(yīng)管是由一不銹鋼材質(zhì)制成。
8.如權(quán)利要求6所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該高溫旋窯爐還包括一氣體鋼瓶，它提供一氣體用以排除該熱裂解反應(yīng)管內(nèi)的氣體，使該反應(yīng)可在缺氧條件下進(jìn)行，而其中該氣體為氮?dú)狻?br> 9.如權(quán)利要求1所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該粗成品須再經(jīng)一粗成品后處理程序而得一活性碳成品，且其中，該粗成品后處理程序是對(duì)該粗成品進(jìn)行下列步驟酸洗及水洗；以丙酮浸泡并以超聲波震蕩1小時(shí)；過濾去除丙酮；以蒸餾水淋洗；以及以200℃烘干12～24小時(shí)，而獲得該活性碳成品。
10.如權(quán)利要求9所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該酸洗步驟是以0.5N鹽酸溶液在85℃下處理30分鐘，再通過抽氣過濾移除濾液。
11.如權(quán)利要求9所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該水洗步驟是以85℃蒸餾水處理30分鐘，再通過抽氣過濾移除濾液，而該水洗步驟須重復(fù)至該濾液的pH值大于6為止。
12.如權(quán)利要求9所述的制造活性碳的方法，其特征在于，該活性碳成品的比表面積為726～1317m2/g。
13.一種活性碳，其特征在于，是利用咖啡豆渣為原料制成。
14.如權(quán)利要求13所述的活性碳，其特征在于，是由下列步驟制成將該咖啡豆渣浸泡于一活化劑中，使該活化劑吸附在該咖啡豆渣表面；以及將該浸泡過的咖啡豆渣移入一高溫旋窯爐中進(jìn)行碳化與活化反應(yīng)，而獲得一活性碳粗成品。
15.如權(quán)利要求14所述的活性碳，其特征在于，該活化劑為碳酸鹽系，而該碳酸鹽系為碳酸鉀、碳酸鈣或碳酸鎂，且該活化劑濃度為10％～40％。
16.如權(quán)利要求13所述的活性碳，其特征在于，該咖啡豆渣在該高溫旋窯爐中的反應(yīng)溫度為700-900℃，而該反應(yīng)溫度是以10℃/min的升溫速率來達(dá)到。
17.如權(quán)利要求13所述的活性碳，其特征在于，該粗成品須再經(jīng)一粗成品后處理程序而得一活性碳成品，而該活性碳成品的比表面積為726～1317m2/g。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用咖啡豆渣制造活性碳的方法，是將該咖啡豆渣浸泡于一活化劑中，使該活化劑吸附在該咖啡豆渣表面，再將該浸泡過的咖啡豆渣移入一高溫旋窯爐中進(jìn)行碳化與活化反應(yīng)，而可制得具有高比表面積的活性碳成品。故本發(fā)明可有效將咖啡豆渣轉(zhuǎn)制成環(huán)工、食品等產(chǎn)業(yè)大量使用的活性碳產(chǎn)品，達(dá)到將廢棄物資源化的目的。
文檔編號(hào)C01B31/08GK1465521SQ0214055
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月1日
發(fā)明者郭乃文 申請(qǐng)人:金車股份有限公司