一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法
【专利摘要】本发明涉及一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法。制备过程是：1)将无患子核壳和果皮残渣晒干，粉碎、醇溶液洗涤、过滤备用;2)将原料放入微波反应器中，通入N2，调制微波功率和碳化温度，保温碳化后得到炭化料;3）将炭化料与含磷无机酸复合活化剂混合，加蒸馏水，2h后干燥，在N2保护下快速投入炉温中活化，冷却后取出;4）将制备得到的活性炭经盐酸洗涤、水洗至中性、烘干后得到粉末状活性炭成品。本发明制得的无患子活性炭比表面积为1000-2000m2/g、BJH中孔为500-800m2/g。具有发达的中孔，孔隙结构分布合理、表观密度适中、颗粒密度均匀，性能稳定，具有强的吸附能力。
【专利说明】一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法
【技术领域】
[0001]本发明属林产化工【技术领域】，具体涉及一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法。
【背景技术】
[0002]我国是农业大国，每年产生大量的农林废弃物，如农作物秸杆、农林加工废弃物、人畜粪便等。目前我国对农林废弃物的处理方法主要用两方面:一是进行焚烧，但焚烧后产生的大量粉尘和CO2等污染物个大气环境带来相当大的危害；二是进行堆肥，堆肥需要占用大量的土地，因有机物分解不彻底就会产生大量的低级脂肪酸和含硫化合物等臭气物质，影响周边环境。如何有效的利用农林废弃物是我国工农业发展过程中不可避免的问题。
[0003]常规的制备活性炭的活化剂有H3P04、K0H、ZnCl等。H3PO4作为活化剂反应较温和，对设备腐蚀性相对较小，但是制备的活性炭的比表面积相对较小；Κ0Η作为活化剂能够制备优异的高比表面积活性炭，但是活化反应时产生的碱蒸汽与碱飞沫对设备与环境的损害较大；ZnCl作为活化剂消耗大，回收率低，产生的废水废气对环境造成危害。
[0004]侯朝辉(一种中孔炭材料的制备方法.专利号:CN200910043230.5)、张荣乐(一种高比表面积活性炭的连续制备方法.专利号:200610098623.2)、童仕堂(一种介孔活性炭及其制备方法.专利号:200810186027.9)及等相继对制备工艺及活化剂进行了一定改进，但使用到的活化剂量较大，对设备腐蚀较强，效果都不够理想。磷酸反应条件相对温和，对设备的腐蚀性相对较小，工艺方法简单，被业界广泛使用，但是单一的活化剂难以有效的控制活性炭地结构，为此，采取多种活性剂复配可以合理的控制活性炭地孔结构。同时，活化的过程对活性炭地孔结构也有很大的影响。
[0005]无患子做为一种能源树种，在全国得到大规模的种植，无患子果实提取生物柴油原料油后留下了大量的残渣，无患子残渣含有丰富的碳源，是活性炭的重要原料来源，目前，尚未见以无患子果实为原料、以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的报道。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种以无患子残渣为原料、以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法，简单易行，避免资源浪费，使资源得到有效利用。
[0007]本发明的技术方案所采取的具体步骤如下:
(I)原料预处理
将无患子核壳和果皮残渣晒干，经粉碎、醇溶液洗涤3~8次、过滤备用。
[0008](2)碳化
将步骤(1)处理好的原料放入微波反应器中，通入N2，调制微波功率为1000~2000W、碳化温度为500~700°C，保温碳化100~300min得到炭化料。
[0009](3)活化
将步骤(2)得到的炭化料与含磷无机酸复合活化剂按质量比混合，加蒸馏水浸没并搅拌2h后，于105°C的恒温鼓风干燥箱干燥，在N2保护下快速投入炉温为880°C~900°C的气氛炉中活化保温250-300min，冷却至室温取出。
[0010](4)后处理:
将制备得到的活性炭经盐酸洗涤、水洗至中性、烘干后得到粉末状活性炭成品。
[0011]本发明步骤(1)中所述的醇溶液质量浓度为50%-99%的乙醇溶液
本发明步骤(3)中所述的含磷无机酸活化剂为磷酸、焦磷酸、偏磷酸、多聚磷酸中的两种或者几种组成。
[0012]本发明步骤(3)中所述的炭化料与含磷无机酸复合活化剂的质量比为1: 1-5。
[0013]本发明制得的无患子活性炭比表面积为1000-2000m2/g、BJH中孔为500_800m2/g。具有发达的中孔，孔隙结构分布合理、表观密度适中、颗粒密度均匀，性能稳定，具有强的吸附能力。本发明的工艺设备简单，易于大规模生产，原料丰富、价格低廉、市场前景广阔。
[0014]本发明的方法也适合于以其他的生物质材料为原料制备的活性炭。
【具体实施方式】
[0015]以下是本发明的几个具体实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。
[0016]实施例1 将10g的无患子残渣粉碎、经50%的乙醇溶液洗涤8次，烘干后放入微波反应器中，通入N2，调制微波功率为1300W、在500°C下碳化300min得到炭化料。
[0017]将得到的炭化料20g与1g的磷酸、20g的焦磷酸混合，加蒸馏水浸没并搅拌2h后，于105°C的恒温鼓风干燥箱干燥，在N2保护下快速投入炉温为880°C _890°C的气氛炉中活化保温300min，冷却经盐酸洗涤、水洗至中性、烘干后得到粉末状活性炭成品。所制备的活性炭BET比表面积为1566m2/g，BJH中孔比表面积为725m2/g。
[0018]实施例2
将10g的无患子残渣粉碎、经60%的乙醇溶液洗涤5次，烘干后放入微波反应器中，通入N2，调制微波功率为1500W、在600°C下碳化200min得到炭化料。
[0019]将得到的炭化料20g与1g的磷酸、1g的偏磷酸、1g的多聚磷酸混合，加蒸馏水浸没并搅拌2h后，于105°C的恒温鼓风干燥箱干燥，在N2保护下快速投入炉温为880°C -900°C的气氛炉中活化保温290min，冷却经盐酸洗涤、水洗至中性、烘干后得到粉末状活性炭成品。所制备的活性炭BET比表面积为1533m2/g，BJH中孔比表面积为672m2/g。
[0020]实施例3
将10g的无患子残渣粉碎、经80%的乙醇溶液洗涤3次，烘干后放入微波反应器中，通入N2，调制微波功率为2000W、在700°C下碳化10min得到炭化料。
[0021]将得到的炭化料20g与20g的焦磷酸、5g的偏磷酸、20g的多聚磷酸混合，加蒸馏水浸没并搅拌2h后，于105°C的恒温鼓风干燥箱干燥，在N2保护下快速投入炉温为8950C -900°C的气氛炉中活化保温260min，冷却经盐酸洗涤、水洗至中性、烘干后得到粉末状活性炭成品。所制备的活性炭BET比表面积为1394m2/g，BJH中孔比表面积为589m2/g。
[0022]实施例4
将10g的无患子残渣粉碎、经95%的乙醇溶液洗涤5次，烘干后放入微波反应器中，通入N2，调制微波功率为1500W、在500°C下碳化180min得到炭化料。
[0023]将得到的炭化料20g与5g的磷酸、3g的焦磷酸、20g的偏磷酸、60g的多聚磷酸混合，加蒸馏水浸没并搅拌2h后，于105°C的恒温鼓风干燥箱干燥，在N2保护下快速投入炉温为880°C _885°C的气氛炉中活化保温300min，冷却经盐酸洗涤、水洗至中性、烘干后得到粉末状活性炭成品。所制备的活性炭BET比表面积为1007m2/g，BJH中孔比表面积为508m2/g°
[0024]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法，其特征在于: 1)将无患子核壳和果皮残渣晒干，经粉碎、醇溶液洗涤3~8次、过滤备用； 2)将步骤1)处理好的原料放入微波反应器中，通入N2，调制微波功率为1000~2000W、碳化温度为500~700°C，保温碳化100~300min得到炭化料； 3)将步骤2)得到的炭化料与含磷无机酸复合活化剂按质量比混合，加蒸馏水浸没并搅拌2h后，于105°C的恒温鼓风干燥箱干燥，在N2保护下快速投入炉温为880°C 900°C的气氛炉中活化保温250-300min，冷却至室温取出； 4)将制备得到的活性炭经盐酸洗涤、水洗至中性、烘干后得到粉末状活性炭成品。
2.根据权利要求1所述的一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法，其特征在于所述的醇溶液质量浓度为50%~99%的乙醇溶液。
3.根据权利要求1所述的一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法，其特征在于所述的含磷无机酸活化剂为磷酸、焦磷酸、偏磷酸、多聚磷酸中的两种或者几种任意比例的组成。
4.根据权利要求1所述的一种以含磷无机酸为活化剂制备无患子活性炭的方法，其特征在于所述的炭化料与含磷无机酸复合活化剂的质量比为1:1~5。
【文档编号】C01B31/12GK104176735SQ201410405497
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】陈登龙, 王勇, 刘金玲, 黄秀萍, 陈嘉炼 申请人:福建师范大学泉港石化研究院