本發(fā)明涉及一種活性炭及其制備方法，具體地說涉及一種利用纖維素原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的殘?jiān)苽浠钚蕴考捌渲苽浞椒ā?/p>

背景技術(shù)：

在多種可再生能源中，生物質(zhì)能是未來能源領(lǐng)域中一種重要的可再生能源。纖維素是地球上資源量最豐富的生物質(zhì)能，因此，利用纖維素發(fā)酵制備乙醇具有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)空間。目前，以纖維素為原料發(fā)酵制取燃料乙醇技術(shù)已基本成熟，其原理是將秸稈等植物纖維素通過水解得到還原性單糖，如木糖、葡萄糖等，再將還原性單糖經(jīng)過發(fā)酵、精餾后可得到燃料乙醇，所產(chǎn)生的生物發(fā)酵殘?jiān)y以通過生物方法降解或降解速度非常緩慢，是潛在的環(huán)境污染源。

植物中的化學(xué)組成主要是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，它們占植物干重的比例分別為15%~20%，45%和20%。纖維素乙醇在其生產(chǎn)過程中，主要利用植物秸稈中的纖維素和半纖維素，使其酶解生成葡萄糖和木糖，然后經(jīng)微生物發(fā)酵、提純后制成纖維素乙醇。由于原料中大部分木質(zhì)素不能得到利用，使得最終由乙醇蒸餾塔底排放的殘?jiān)泻袠O高濃度的木質(zhì)素，且含水量高達(dá)58~80%，熱值較低，采用常規(guī)的焚燒不會(huì)產(chǎn)生高品質(zhì)的熱量。而且，生物有機(jī)質(zhì)中含有N、S等元素，焚燒會(huì)產(chǎn)生大量的環(huán)境污染物質(zhì)，能造成二次環(huán)境污染。目前有部分廠家采取離心脫水，流化床干燥，沸騰制粒的辦法將其加工成飼料，但是由于菌絲體內(nèi)殘留有抗生素或有機(jī)酸，口感較差或產(chǎn)生抗藥性，這種方法已經(jīng)被歐美國(guó)家禁止。因此，尋求合理的生物發(fā)酵酪渣再利用的途徑，對(duì)于優(yōu)化該工藝的資源配置和節(jié)能減排方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種活性炭及其制備方法。該方法以生產(chǎn)纖維素乙醇的生物質(zhì)殘?jiān)鼮樵希苽涑龈弑缺砻娣e的活性炭。

一種活性炭的制備方法，包括以下內(nèi)容：

（1）淋洗纖維素乙醇發(fā)酵殘?jiān)?，洗去殘?jiān)挠袡C(jī)酸和無機(jī)鹽；

（2）用殼聚糖、戊二醛，十二烷基苯磺酸鈉混合溶液浸泡步驟（1）清洗后的殘?jiān)?/p>

（3）將步驟（2）浸泡后的殘?jiān)萌胩炕癄t內(nèi)，空氣氣氛下加熱到150~200℃處理20~60 min，然后在惰性氣氛下升溫到600-800℃，進(jìn)行炭化60~240 min。

（4）炭化處理后，通入水蒸氣或CO₂進(jìn)行活化處理，活化工藝條件為：活化溫度750-950℃，活化時(shí)間為10~30 min，降溫后制得高比表面積中孔活性炭。

上述方法中，步驟（1）所述的纖維素乙醇發(fā)酵殘?jiān)饕竵碜岳w維乙醇精餾塔塔底，木質(zhì)纖維類有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量含量為70~90%，優(yōu)選80%以上。

上述方法中，步驟（2）所述的混合溶液中殼聚糖溶液質(zhì)量濃度為1~10%，優(yōu)選3~5%，戊二醛的質(zhì)量濃度為1~6%，優(yōu)選0.8~1.2%，十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量濃度0.01~2%，優(yōu)選0.2~0.5%。

上述方法中，步驟（2）中浸泡溫度為20~40℃，優(yōu)選 26~30℃ ，混合液浸泡時(shí)間為1~6 h，優(yōu)選2~5 h。

上述方法中，步驟（2）中浸泡過程優(yōu)選在超聲波的作用下進(jìn)行，超聲波功率按浸漬溶液的體積計(jì)算為0.1~25.0W/ml，優(yōu)選0.5~15.0W/ml，工作頻率為10~100 kHZ，優(yōu)選25~80 kHZ。

上述方法中，步驟（3）所述的惰性氣體為氮?dú)?、氦氣或氨氣，?yōu)選氨氣，氨氣在高溫條件下能對(duì)物料進(jìn)行表面極性。

上述方法中，步驟（4）通入水蒸氣或CO₂的空速為0.1~1.2 L/min，優(yōu)選0.3~0.5 L/min。

一種采用以上方法制備的活性炭，所述活性炭的比表面積為1200~1500 m²/g，優(yōu)選1280~1436 m²/g，孔徑集中在2.0~2.7 nm，中孔率50~70%，碘吸附值1000~1200 mg/g，優(yōu)選1090~1184 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為180~230 mg/g，優(yōu)選205~226 mg/g。

本發(fā)明的有益效果如下：纖維素乙醇生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的發(fā)酵殘?jiān)?jīng)本發(fā)明方法處理后可生成高吸附性能的活性炭產(chǎn)品，活性炭的碘吸附值超過1090 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值超過200mg/g，比表面積可達(dá)1200m²/g以上，其可廣泛應(yīng)用于脫色、除臭、精制、分離、溶劑回收和廢水、廢氣處理等領(lǐng)域，既節(jié)約了能源，又降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到變廢為寶，以廢治廢的目的，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例及比較例來進(jìn)一步說明本發(fā)明方法的過程和效果，實(shí)施例及比較例中如無特殊說明wt%均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，纖維素乙醇發(fā)酵殘?jiān)∽試?guó)內(nèi)某套纖維素乙醇中試裝置中乙醇精餾塔的塔底，木質(zhì)纖維類有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量含量為82%。

實(shí)施例1

稱取100g纖維素乙醇發(fā)酵殘?jiān)瑝簽V后清水淋洗5次洗去殘?jiān)挠袡C(jī)酸和無機(jī)鹽，淋洗后浸漬在含有殼聚糖3%，戊二醛0.8%和十二烷基苯磺酸鈉0.2%的混合水溶液中，在超聲波功率為0.5W/ml，超聲工作頻率為80kHZ條件下浸漬6 h后放入炭化爐內(nèi)，在空氣條件下加熱至200℃固化處理20 min，得到固體混合物。將固液混合物在氨氣氛圍下升溫到600℃，炭化240 min后，繼續(xù)升溫至750℃通入水蒸氣進(jìn)行活化，升溫速度為15℃/min，活化時(shí)間30 min，水蒸氣空速為0.3 L/min。活化結(jié)束后，在惰性氣氛下降至100℃，制得高吸附性能的活性炭，其比表面積為1436 m²/g，中孔率52.3%，碘吸附值1090 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為205 mg/g。

實(shí)施例2

稱取100g纖維素乙醇發(fā)酵殘?jiān)?，壓濾后清水淋洗5次洗去殘?jiān)挠袡C(jī)酸和無機(jī)鹽，淋洗后浸漬在含有殼聚糖5%，戊二醛6%和十二烷基苯磺酸鈉2%的混合溶液中，在超聲波功率為15W/ml，超聲工作頻率25 kHZ條件下浸漬2 h后放入炭化爐內(nèi)，在空氣條件下加熱至150℃固化處理60 min，得到固體混合物。將固液混合物在氨氣氛圍下升溫到800℃，炭化60 min后，繼續(xù)升溫至950℃通入水蒸氣進(jìn)行活化，升溫速度為20℃/min，活化時(shí)間10 min，水蒸氣空速為0.5 L/min。活化結(jié)束后，在惰性氣氛下降至100℃，制得高吸附性能的活性炭，比表面積為1280 m²/g，中孔率63.4%，碘吸附值1184 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為226 mg/g，

實(shí)施例3

同實(shí)施例1，不同之處在于氮?dú)夥諊律郎氐?00℃，制得活性炭，其比表面積為1205 m²/g，中孔率48.9%，碘吸附值980 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為182 mg/g。

實(shí)施例4

同實(shí)施例1，不同之處在于不采用微波浸漬，制得活性炭，其比表面積為1185 m²/g，中孔率46.5%，碘吸附值950 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為175mg/g。

比較例1

同實(shí)施例1，不同之處在于淋洗后直接放入炭化爐內(nèi)即無混合溶液的浸泡過程。制得的活性炭，其比表面積為537 m²/g，中孔率20.8%，碘吸附值620 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為116 mg/g。