本發(fā)明涉及活性炭的制備領域，特別涉及一種以芝麻秸稈為原料制備活性炭的方法。
背景技術：
近年來，隨著固體廢物所引發(fā)的環(huán)境問題日漸凸顯，中國越來越重視固體廢物的管理，采取了以減量化、資源化為主要目標的管理措施。中國是世界上最大的農(nóng)業(yè)國之一，每年產(chǎn)生龐大的生物質(zhì)廢棄物，數(shù)量巨大的生物質(zhì)廢棄物一方面可作為傳統(tǒng)能源的替代品，同時也可作為生產(chǎn)各種材料，如吸附劑和化學品的原材料。生物質(zhì)常用的轉(zhuǎn)化技術包括熱處理和生物處理，熱解被認為是生物質(zhì)資源化的有效途徑。熱解指的是在真空或惰性氣氛中有機物發(fā)生一系列連續(xù)裂解反應，生成固體炭、液體和氣體產(chǎn)物。這些組分的產(chǎn)量取決于原材料和熱解工藝條件，通常中低熱解溫度和緩慢的升溫速率有利于固定炭的生成。
活性炭是一種極其重要的多孔材料，廣泛應用于諸多工業(yè)領域，如能源儲存、水質(zhì)凈化、石油化工、生物工程、及環(huán)保等領域。除此之外，活性炭能減小氣候變化的影響并增加主要農(nóng)作物的產(chǎn)率，因此在農(nóng)業(yè)領域也有廣泛的應用。然而其生產(chǎn)成本卻居高不下，因此獲取廉價、來源廣泛的優(yōu)質(zhì)原材料顯得尤為重要。CN104843700A中公開了一種以泥炭復配玉米秸稈為原料制備的粉末狀活性炭，其亞甲基藍吸附值最高僅為280mg/g；CN101708845A中公開了一種以稻殼、秸稈為原料制取活性炭的方法，需用磷酸處理，且亞甲基藍吸附率為僅為135mg/g。
芝麻是中國主要的經(jīng)濟作物之一，每年因此而產(chǎn)生的芝麻秸稈高達0.36億噸。芝麻秸稈的傳統(tǒng)處理方式是露天焚燒，這不僅會造成嚴重的大氣污染也是對資源的浪費。事實上，芝麻秸稈有較高的含炭量、低灰分和適當?shù)挠捕?，是生產(chǎn)活性炭理想的前驅(qū)體，但目前國內(nèi)外尚未見有利用芝麻秸稈制備活性炭的公開報道?；钚蕴康纳a(chǎn)工藝主要分為物理活化法和化學活化法。物理活化法是通過炭化-活化兩步完成活性炭的制備?；瘜W活化法是將炭化-活化一步完成，且炭化的溫度也較物理活化法的低，還能改善活性炭的孔隙并提高活性炭的產(chǎn)率。整體而言，使用化學活化制備的活性碳較優(yōu)于物理活化法，更具有商業(yè)價值。
除了具有優(yōu)異的吸附性能外，活性炭的各項物理化學指標直接影響活性炭的性能和后續(xù)的運輸和應用，通常堆積密度越高活性炭的過濾性能越好而且也越便于儲放、運輸和回收，不易造成粉塵污染。但是通常植物秸稈制備出的活性炭堆積密度較小，例如CN101181993A中公布的一種麻桿活性炭及其制備方法堆積密度0.25-0.30g/cm3。
所以開發(fā)一種以生物質(zhì)秸稈即芝麻秸稈為原料制備高亞甲基藍吸附值，且堆積密度大的活性炭具有重要的意義。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有活性炭產(chǎn)品價格偏高，原材料短缺的現(xiàn)狀，常規(guī)植物秸稈制備出的活性炭堆積密度較小且亞甲基藍吸附值低的缺點；提供一種以芝麻秸稈為原料制備活性炭的方法，從而減輕焚燒秸稈加重霧霾的影響，拓展秸稈變廢為寶的出路，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，促進低碳經(jīng)濟的發(fā)展。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)上述目的的，一種以芝麻秸稈為原料制備活性炭的方法，包括以下步驟：
1)芝麻秸稈水洗2次去除灰塵后自然風干，在105℃烘干4小時；
2)烘干后的芝麻秸稈破碎至60-80目得芝麻秸稈顆粒；
3)將步驟2)處理后的芝麻秸稈顆粒與氫氧化鈉(純度99％)按重量比為1:0.5～4混合，加入去離子水進行攪拌，然后置于水浴搖動器中在室溫下?lián)u動60分鐘使之混合均勻，靜置24h后濾除溶液；將浸漬的芝麻秸稈顆粒在100℃下至完全干燥；
4)將步驟3)處理后的芝麻秸稈顆粒進行炭化活化，然后進行冷卻得酸洗前樣品；所述炭化活化溫度400～900℃，炭化活化時間30～180分鐘；
5)將酸洗前樣品用濃度為10wt％的鹽酸水溶液在60℃下煮30分鐘，然后用蒸餾水充分漂洗至濾液pH為6.5～7.5，漂洗后120℃烘干，烘干后放入干燥器中進行冷卻，然后研磨至200目即得活性炭。
本發(fā)明所述的一種以芝麻秸稈為原料制備活性炭的方法，其進一步技術方案可以為，步驟3)中芝麻秸稈顆粒與氫氧化鈉重量比為1:1～3；
本發(fā)明所述的一種以芝麻秸稈為原料制備活性炭的方法，其進一步技術方案可以為，步驟4)炭化活化時間60～140分鐘；
本發(fā)明所述的一種以芝麻秸稈為原料制備活性炭的方法，其進一步技術方案可以為，步驟4)炭化活化溫度600～800℃。
本發(fā)明所述的一種以芝麻秸稈為原料制備活性炭的方法，其進一步技術方案可以為，步驟5)中10wt％的鹽酸水溶液與酸洗前樣品的重量比為8～10:3。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
1)本發(fā)明首次利用了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物芝麻收割過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)廢棄物芝麻秸稈，原料易得廉價，能夠彌補果殼類生物質(zhì)數(shù)量有限的缺陷，降低活性炭的生產(chǎn)成本；
2)采用對生物質(zhì)熱解效果突出、價格低廉、環(huán)保的氫氧化鈉作活化劑，在克服傳統(tǒng)活化劑ZnCl2、H3PO4對環(huán)境污染的同時，可降低活性炭的生產(chǎn)成本；
3)本方法設備投資少，操作簡單，能耗低，獲得的活性炭在可提供高吸附性能的同時，其堆積密度高，優(yōu)于傳統(tǒng)秸稈生產(chǎn)制備出活性炭的堆積密度。
附圖說明
圖1為制備芝麻秸稈活性炭的工藝流程圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。
實施例1
將取自安徽含山地區(qū)的芝麻秸稈用清水沖洗2次去除灰塵，在自然條件下風干；風干后的芝麻秸稈在105℃下干燥4小時，烘干后的芝麻秸稈破碎至60-80目；取10g芝麻秸稈顆粒與NaOH顆粒按1︰2混合，加100ml去離子水攪拌均勻，混合物置于水浴搖動器中并在室溫下?lián)u動60分鐘使之混合均勻，靜置24h后濾除溶液將浸漬樣品在100℃下干燥直至完全干燥；混合樣品置于管式電爐中以5℃min-1的升溫速率升至640℃進行炭化活化，氮氣流率為30mLmin-1，維持時間為87分鐘；經(jīng)冷卻、用濃度10％的鹽酸在60℃下煮30分鐘(濃度10％的鹽酸重量與樣品重量比為10:3)，然后用蒸餾水充分漂洗至濾液pH為6.5～7.5，在120℃烘干，冷卻，研磨至200目即得活性炭。制備出的活性炭亞甲基藍吸附值為224mg/g，堆積密度為0.46g/cm3。
實施例2
將取自安徽含山地區(qū)的芝麻秸稈用清水沖洗2次去除灰塵，在自然條件下風干；風干后的芝麻秸稈在105℃下干燥4小時，烘干后的芝麻秸稈破碎至60-80目左右；取10g芝麻秸稈顆粒與NaOH顆粒按1︰3混合，加100ml去離子水攪拌均勻，混合物置于水浴搖動器中并在室溫下?lián)u動60分鐘使之混合均勻，靜置24h后濾除溶液將浸漬樣品在100℃下干燥直至完全干燥；混合樣品置于管式電爐中以5℃min-1的升溫速率升至800℃進行炭化活化，氮氣流率為30mLmin-1，維持時間為120分鐘；經(jīng)冷卻、用濃度10％的鹽酸在60℃下煮30分鐘(濃度10％的鹽酸重量與樣品重量比為8:3)，然后用蒸餾水充分漂洗至濾液pH為6.5～7.5，在120℃烘干，冷卻，研磨得到活性炭。制備出的活性炭亞甲基藍吸附值為321mg/g，堆積密度為0.52g/cm3。
實施例3
將取自安徽含山地區(qū)的芝麻秸稈用清水沖洗2次去除灰塵，在自然條件下風干；風干后的芝麻秸稈在105℃下干燥4小時，烘干后的芝麻秸稈破碎至60-80目左右；取10g芝麻秸稈顆粒與NaOH顆粒按1︰2.5混合，加100ml去離子水攪拌均勻，混合物置于水浴搖動器中并在室溫下?lián)u動60分鐘使之混合均勻，靜置24h后濾除溶液將浸漬樣品在100℃下干燥直至完全干燥；混合樣品置于管式電爐中以5℃min-1的升溫速率升至800℃進行炭化活化，氮氣流率為30mLmin-1，維持時間為120分鐘；經(jīng)冷卻、用濃度10％的鹽酸在60℃下煮30分鐘(濃度10％的鹽酸重量與樣品重量比為10:3)，然后用蒸餾水充分漂洗至濾液pH為6.5～7.5，在120℃烘干，冷卻，研磨得到活性炭。制備出的活性炭亞甲基藍吸附值為288mg/g，堆積密度為0.43g/cm3。
盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的實施方式，但是應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明的實施方式做出各種改變、替換和變更。