本發(fā)明涉及生物質(zhì)活性炭材料及其制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種生物質(zhì)莖葉分離制備活性炭材料的方法。

背景技術(shù)：

炭材料按原料來(lái)源可以分為基于化石原料的炭材料和基于生物質(zhì)原料的炭材料，其中生物質(zhì)炭材料以可再生的廉價(jià)生物質(zhì)為碳源，通過(guò)簡(jiǎn)單地?zé)崽幚砭涂梢缘玫奖缺砻娣e比較大的活性炭。

我國(guó)的生物質(zhì)資源豐富，每年被丟棄的可再生資源如農(nóng)業(yè)秸稈、林業(yè)廢棄物以及其他垃圾等具有很高的剩余價(jià)值。現(xiàn)有技術(shù)中直接將這些資源焚燒、堆積或排入水體中，不僅浪費(fèi)了資源還污染了環(huán)境，導(dǎo)致了環(huán)境的惡化。如果將生物質(zhì)和其他有機(jī)廢棄原料碳化，可以產(chǎn)出油、氣和固體碳，不僅解決了環(huán)境污染還得到了附加值很高的產(chǎn)品。

活性炭材料由于具有較高的電導(dǎo)率、對(duì)酸堿及水熱穩(wěn)定性強(qiáng)、比表面積較大和孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、軍事化學(xué)防護(hù)等領(lǐng)域。但由于直接碳化得到的炭材料比表面積都不高，現(xiàn)在在制備活性炭時(shí)，都會(huì)加入活化劑如：KOH、ZnCl₂或H₃PO₄等化學(xué)活化劑。在活化過(guò)程中加入活化劑的確可以增加炭材料的比表面積，但是活化劑的加入不僅會(huì)增加對(duì)設(shè)備的腐蝕和產(chǎn)物產(chǎn)率的降低，活化結(jié)束后還需要大量的化學(xué)試劑和水洗滌除去，這樣不僅增加了成本還會(huì)污染環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種生物質(zhì)莖葉分離制備活性炭材料的方法。經(jīng)過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn):由于生物質(zhì)本身都含有一定量的金屬元素，而且這些金屬元素會(huì)在碳化過(guò)程中起到原位活化碳材料的作用。生物質(zhì)不同部位具有不同的功能，比如莖部主要起將根部吸收的離子和水分傳輸?shù)饺~子，而葉子主要起光合作用，因此，莖部的離子濃度比葉子要高，碳化莖部得到的碳比碳化葉子得到的碳的比表面積會(huì)大很多。所以為了直接獲得非活化的高比表面積的活性炭材料，我們選擇生物質(zhì)的莖的部分做為前驅(qū)體，因?yàn)槠浜械慕饘僭氐牧枯^多，對(duì)于得到高比表面積的活性炭材料更加有利。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種生物質(zhì)莖葉分離制備活性炭材料的方法；分離生物質(zhì)前驅(qū)體的莖和葉等部分，只選取生物質(zhì)的莖的部分進(jìn)行干燥；將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在惰性氣氛保護(hù)下，以1-20℃/min的升溫速率升溫至600-1500℃，保溫時(shí)間為0.5-30h，冷卻后酸洗12-72h；將最終得到的樣品分別經(jīng)水洗、干燥后得到活性炭材料。

所述的的生物質(zhì)包括睡蓮科睡蓮目植物,例如荷葉，傘形科芹屬植物，例如芹菜，萵苣屬植物，例如萵苣等。

所述干燥及處理方法可為CO₂超臨界干燥，CO₂超臨界干燥條件40～55℃、11～16MPa，可得干燥的生物質(zhì)前驅(qū)體；加熱干燥，干燥條件40～200℃，可得干燥的生物質(zhì)前驅(qū)體；或冷凍干燥，冷凍干燥條件為-60～-40℃、-0.1～-0.09MPa下，得到干燥的生物質(zhì)前驅(qū)體。

惰性氣體保護(hù)或吹掃固體粉末至室溫時(shí)，所選用的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣或二氧化碳?xì)怏w中的一種或二種以上的體積混合比例任意的混合氣體。

采用酸洗處理材料去除雜質(zhì)時(shí)，所選用的酸可為鹽酸、硫酸、硝酸、草酸、醋酸、氫氟酸、高氯酸中的一種或二種以上的體積混合比例任意的混合酸，氫離子總濃度控制在0.1～10mol/L，酸洗時(shí)間為12～72h，水浴溫度控制在15～90℃。水洗后的樣品干燥。

與現(xiàn)有的活性炭制備技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明在制備活性炭材料前，先分離生物質(zhì)前驅(qū)體的莖和葉等部分，選取金屬離子含量較高的生物質(zhì)的莖的部分為原料，在活性炭的制備過(guò)程中不使用活化劑，就可以制備出具有高比表面積的活性炭材料。

活性炭材料的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，縮短了制備時(shí)間和工藝流程。制備的生物質(zhì)活性炭材料的比表面積一般在600-2500m²/g。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例4制備的生物質(zhì)莖活性炭材料碳化后的掃描圖。

圖2為實(shí)施例4制備的生物質(zhì)莖活性炭材料碳化后的BET曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

將荷葉莖CO₂超臨界干燥，干燥條件為44℃、11MPa。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在N₂保護(hù)下，以1℃/min的升溫速率升溫至600℃，保溫時(shí)間3h，冷卻后加入足量0.1mol/L硫酸與草酸的混酸在15℃下酸洗72h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為600m²/g。

實(shí)施例2

將荷葉莖CO₂超臨界干燥，干燥條件為55℃、16MPa。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在Ar保護(hù)下，以20℃/min的升溫速率升溫至1500℃，保溫時(shí)間5h，冷卻后加入足量1mol/L鹽酸在90℃酸洗24h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為2500m²/g。

實(shí)施例3

將芹菜莖加熱干燥，干燥條件為40℃、常壓下。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在CO₂保護(hù)下，以10℃/min的升溫速率升溫至900℃，保溫時(shí)間10h，冷卻后加入足量1mol/L硫酸與硝酸的混酸在75℃下酸洗48h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為1500m²/g。

實(shí)施例4

將芹菜莖加熱干燥，干燥條件為200℃、常壓下。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在Ar保護(hù)下，以8℃/min的升溫速率升溫至800℃，保溫時(shí)間30h，冷卻后加入足量10mol/L醋酸與硝酸的混酸在75℃下酸洗16h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為1600m²/g。

實(shí)施例5

將萵苣莖冷凍干燥，干燥條件為-60℃、-0.1MPa下。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在N₂與CO₂混合氣體保護(hù)下，以15℃/min的升溫速率升溫至1200℃，保溫時(shí)間10h，冷卻后加入足量1mol/L醋酸與硝酸的混酸在25℃下酸洗24h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為1100m²/g。

實(shí)施例6

將萵苣莖冷凍干燥，干燥條件為-40℃、-0.09MPa下。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在Ar與CO₂混合氣體保護(hù)下，以3℃/min的升溫速率升溫至900℃，保溫時(shí)間30h，冷卻后加入足量5mol/L醋酸與高氯酸的混酸在50℃下酸洗36h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為1300m²/g。

實(shí)施例7

將萵苣莖冷凍干燥，干燥條件為-50℃、-0.095MPa下。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在Ar與CO₂混合氣體保護(hù)下，以5℃/min的升溫速率升溫至700℃，保溫時(shí)間0.5h，冷卻后加入足量2mol/L醋酸與氫氟酸的混酸在30℃下酸洗12h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為1200m²/g。

實(shí)施例8

將荷葉莖CO₂超臨界干燥，干燥條件為50℃、13MPa下。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在N₂保護(hù)下，以7℃/min的升溫速率升溫至1000℃，保溫時(shí)間12h，冷卻后加入足量2mol/L鹽酸與硫酸的混酸在40℃下酸洗24h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為1400m²/g。

實(shí)施例9

將芹菜莖加熱干燥，干燥條件為100℃、常壓下。將干燥的生物質(zhì)莖放入管式爐中，在N₂保護(hù)下，以15℃/min的升溫速率升溫至1300℃，保溫時(shí)間10h，冷卻后加入足量2mol/L鹽酸在60℃下酸洗24h，后經(jīng)水洗至中性，然后干燥，最后研磨得到非活化生物質(zhì)活性炭粉末，其碳化得到的BET比表面積為1500m²/g。