專利名稱：用蓮子殼制備活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備活性炭的方法，尤其涉及一種用蓮子殼制備活性炭的方法。
技術(shù)背景
活性炭是一種具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和大比表面積的碳質(zhì)吸附材料，具有獨(dú)特的物化特性，如吸附能力強(qiáng)、力學(xué)強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、且便于再生等特點(diǎn)，因此，它作為優(yōu)質(zhì)的吸附劑和催化劑載體被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保及能源等領(lǐng)域。 隨著社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高，尤其是近年來(lái)環(huán)保要求的日益提高，活性炭的需求量越來(lái)越大，逐年增長(zhǎng)。活性炭的吸附性能主要決定于其孔隙結(jié)構(gòu)，不同的孔徑能發(fā)揮出與其相應(yīng)的機(jī)能。根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC 1972)的分類標(biāo)準(zhǔn)，活性炭孔隙按孔徑大小分為三類微孔(d < 2nm)，中孔(2nm彡d彡50nm)和大孔(d > 50nm)。
活性炭產(chǎn)品種類按原料大致可分為煤基活性炭、中間相浙青基活性炭、合成高分子基活性炭、天然高分子基活性炭?；钚蕴康男阅芘c其原料、生產(chǎn)工藝緊密相聯(lián)。其中，天然高分子基活性炭常以農(nóng)作物廢料作為重要原料，主要是因?yàn)樗鼈兞看?、價(jià)廉、易得、有利于保護(hù)森林資源、節(jié)約資源，且可避免焚燒時(shí)導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題。從當(dāng)前的研究進(jìn)展來(lái)看， 利用農(nóng)作物廢料，如木薯皮、玉米芯、花生殼、稻殼、竹桿、棉稈、黃麻稈、玉米秸稈、檳榔渣、 咖啡渣、甘蔗渣、黃姜素生產(chǎn)纖維渣、杏核、油棕殼、椰殼、胡桃殼、棕櫚殼、榛子殼、山核桃殼與扁桃殼等制備天然高分子基活性炭都有著研究報(bào)道。然而，以農(nóng)作物廢料——蓮子殼作原料來(lái)制備活性炭的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。蓮子殼與椰殼相似，質(zhì)地堅(jiān)硬，其纖維素與木質(zhì)素含量豐富，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為4%，是制備顆粒狀活性炭的優(yōu)質(zhì)原料。
江西省石城縣、廣昌縣與福建省建寧縣(三縣三角毗鄰)是我國(guó)白蓮種植的重點(diǎn)基地，共計(jì)種植面積達(dá)23萬(wàn)余畝。近年來(lái)，因“太空白蓮”試驗(yàn)成功，白蓮種植面積迅速增加，且擴(kuò)展到湖南、湖北、浙江等周邊省份。石城、廣昌和建寧等三縣白蓮年產(chǎn)量約是1.88 萬(wàn)噸/年，產(chǎn)生的廢棄物蓮子殼約1. 2萬(wàn)噸/年。假如活性炭得率按25-35%計(jì)算，能制備活性炭3000-4200噸/年，該產(chǎn)量遠(yuǎn)超于我國(guó)目前大多數(shù)活性炭廠的年產(chǎn)量。因此，以來(lái)源充足的農(nóng)業(yè)廢棄物——蓮子殼為原料開(kāi)發(fā)環(huán)保型顆粒狀活性炭，將有利于保護(hù)森林資源、 減小環(huán)境污染，或可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值，可期用于活性炭的工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種用蓮子殼制備活性炭的方法，制備一種質(zhì)地均勻、 空隙發(fā)達(dá)、孔徑可控、比表面積大的顆粒狀活性炭材料，這不僅有助于解決環(huán)境污染問(wèn)題， 而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)作物廢料——蓮子殼的回收利用，大大降低了活性炭的制造成本，提高了生產(chǎn)效率。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括下面幾個(gè)步驟
A)以去除泥沙石的農(nóng)作物廢料——蓮子殼為原料，自然風(fēng)干或烘干后、粉碎至粒徑為5mm大??；
B)按蓮子殼活化劑質(zhì)量比為1 (1 4)進(jìn)行混合，然后加水70 ISOmL攪拌浸漬6 12h，使其潤(rùn)漲膨化，然后烘干，得混合物；
C)將上述混合物移至耐高溫爐中，惰性氣體保護(hù)下，以升溫速率為5 10°C /min 加熱至200 450°C范圍內(nèi)碳化熱解30 120min ；然后以升溫速率為2 6°C /min加熱至600 900°C范圍內(nèi)活化30 90min ；
D)最后采用通常制備活性炭的相似方法，進(jìn)行酸洗、水洗、烘干程序后，獲得成品活性炭。
活化劑為氯化鋅。
按上述方法制備的蓮子殼基活性炭的特征是
A)蓮子殼基活性炭質(zhì)地均勻、堅(jiān)固，不易破碎，其比表面積(BET)達(dá)到921 1537m2 · g4，微孔比表面積達(dá)到913 1436m2 · g、其孔體積達(dá)到0. 452 0. 903cm3 · g"1, 微孔體積達(dá)到0. 434 10. 903cm3 .g-1，產(chǎn)率32 37%，灰分0. 63%，碘值936 1195mg/ g，亞甲基藍(lán)吸附值104 140mL/L。
B)蓮子殼基活性炭因原料充足，可期工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)效果是該活性炭具有質(zhì)地均勻、堅(jiān)固、空隙發(fā)達(dá)、孔徑可控、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，采用的蓮子殼原料是目前尚未有效利用的一種農(nóng)作物廢料，來(lái)源充足，其有效利用，不僅有助于解決焚燒時(shí)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，而且大大降低了活性炭的制造成本，可期工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為蓮子殼的DTG和TG曲線。
圖2為實(shí)施例1所得蓮子殼基活性炭的N2吸附-脫附等溫線圖。
圖3為實(shí)施例1所得蓮子殼基活性炭的孔徑分布曲線圖。
圖4實(shí)施例1所得蓮子殼基活性炭的t-plot圖。
圖5為實(shí)施例2所得蓮子殼基活性炭的N2吸附-脫附等溫線圖。
圖6為實(shí)施例2所得蓮子殼基活性炭的孔徑分布曲線圖。
圖7實(shí)施例2所得蓮子殼基活性炭的t-plot圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施案例1
采用去除泥沙石、干燥、粉碎至粒徑為5mm大小的蓮子殼為原料，以氯化鋅為活化劑，按蓮子殼活化劑的質(zhì)量比為1 (1.5 2. 5)混合，加90 130mL水?dāng)嚢杞n8 10h，潤(rùn)漲膨化后烘干，在惰性氣體保護(hù)下，升溫速率為5 10°C /min，升溫至200 300°C 范圍內(nèi)炭化熱解45 80min，然后以升溫速率為3 5°C /min,升溫至650 750°C范圍內(nèi)活化30 60min，自然冷卻，用1 2mol/L的鹽酸、蒸餾水洗滌至濾液的pH = 6 7，烘干，即得質(zhì)地均勻、堅(jiān)固、不易破碎的顆粒狀蓮子殼基活性炭。其測(cè)試結(jié)果特征曲線如圖1、 2、3、4所示。
實(shí)施案例2
采用去除泥沙石、干燥、粉碎至粒徑為5mm大小的蓮子殼為原料，以氯化鋅為活化劑，按蓮子殼活化劑的質(zhì)量比為1 O. 8 3. 5)混合，加130 160mL水?dāng)嚢杞n10 12h，潤(rùn)漲膨化后烘干，在惰性氣體保護(hù)下，升溫速率為5 10°C /min，升溫至250 350°C 范圍內(nèi)炭化熱解90 150min，然后以升溫速率為4 6°C /min，升溫至750 850°C范圍內(nèi)活化60 90min，自然冷卻，用1 2mol/L的鹽酸、蒸餾水洗滌至濾液的pH = 6 7，烘干，即得質(zhì)地均勻、堅(jiān)固、不易破碎的顆粒狀蓮子殼基活性炭。其測(cè)試結(jié)果特征曲線如圖1、 5、6、7所示。
不同實(shí)施案例制備的蓮子殼基活性炭的特征參數(shù)如下
樣品^BET (Hl2-S"1)^mic (W.g-1)^Lang (m'-g-1)Ftot (cm3-g"')「mic (cm^g"1)Dd (nm)亞甲基藍(lán)值 mL/L碘值 mg/g設(shè)施案例11153110315940.6180.5322.09112967設(shè)施案例21537143621130.9010.6772.001401195
3Sbet,BET specific surface area ；Smic,micropore surface area ；SLang, Langmuir Surface Area ；Vtot, total porevolume ；Vmic, micropore volume ；Dd, BJH Desorption Average Pore Diameter.
權(quán)利要求
1.一種用蓮子殼制備活性炭的方法，其特征在于包括下面幾個(gè)步驟A)以去除泥沙石的農(nóng)作物廢料——蓮子殼為原料，自然風(fēng)干或烘干后、粉碎至粒徑為 5mm大?。籅)按蓮子殼活化劑質(zhì)量比為1 (1 4)進(jìn)行混合，然后加水70 ISOmL攪拌浸漬 6 12h，使其潤(rùn)漲膨化，然后烘干，得混合物；C)將上述混合物移至耐高溫爐中，惰性氣體保護(hù)下，以升溫速率為5 10°C/min加熱至200 450°C范圍內(nèi)碳化熱解30 120min ；然后以升溫速率為2 6°C /min加熱至 600 900°C范圍內(nèi)活化30 90min ；D)最后采用通常制備活性炭的相似方法，進(jìn)行酸洗、水洗、烘干程序后，獲得成品活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用蓮子殼制備活性炭的方法，其特征是活化劑為氯化鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用蓮子殼制備活性炭的方法，其特征是獲得的成品活性炭質(zhì)地均勻、堅(jiān)固，不易破碎，其比表面積(BET)達(dá)到921 1537m2 · 微孔比表面積達(dá)到913 1436m2 · g-1，其孔體積達(dá)到0. 452 0. 903cm3 · g-1，微孔體積達(dá)到0. 434 10. 903cm3 .g-1，產(chǎn)率32 37%，灰分0. 63%，碘值936 1195mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值104 140mL/L。
全文摘要
一種用蓮子殼制備活性炭的方法，采用化學(xué)活化法，制造高性能顆粒狀活性炭的方法。先對(duì)蓮子殼進(jìn)行除雜、風(fēng)干、破碎、然后浸泡、烘干、炭化、活化，最后經(jīng)回收、酸煮、漂洗、烘干等工序，制得顆粒狀活性炭成品。該活性炭具有質(zhì)地均勻、堅(jiān)固、空隙發(fā)達(dá)、孔徑可控、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所采用的蓮子殼是目前尚未有效利用的一種農(nóng)作物廢料，來(lái)源充足，有效利用其制備環(huán)保型顆粒狀活性炭，不僅有助于解決焚燒時(shí)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，而且大大降低了活性炭的制造成本，可期工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/12GK102491325SQ201110404828
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者侯豪情, 李平, 溫祖標(biāo) 申請(qǐng)人:江西師范大學(xué)