一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭及其制备方法。以花生壳为原料，通过氯化锌溶液活化并在马弗炉中炭化，再经过碳酸钠和亚硫酸氢钠饱和溶液改性处理，获得甲醛吸附性能好的花生壳活性炭，所述花生壳活性炭中碳（C）元素含量≥45%，氮（N）元素含量≥1.02%，硫（S）元素含量≥1.25%。本发明制备方法所用原料来源广泛，价格低廉，制备工艺简单，可操作性强，提高了花生壳资源的利用率，制备的花生壳活性炭呈多孔状结构，活性炭微孔中的杂质有所清除，比表面积较大，表面含氧官能团含量大，化学吸附性能好，甲醛去除率高达85%~92%。
【专利说明】
一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于活性炭技术领域，具体涉及一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现今，随着室内装修的普及和密闭程度的增加，室内空气污染变得越来越严重，特别是对人体具有毒性和致癌性的甲醛气体，环境浓度普遍超标，所以甲醛气体的污染及治理方法受到了广泛的关注。国内外对于室内甲醛气体的治理方法有很多，但都存在一定的弊端，比如化学反应法需消耗大量的化学试剂，成本高，有毒性，载体不易回收;热催化氧化法需要较高的温度，不宜在室内使用;光催化氧化技术处理速度较慢。而活性炭吸附具有经济性、易得性、稳定性、易操作性和环境友好等特性，已成为目前处理室内甲醛的一种重要方法。活性炭的表面结构特性和表面化学性质决定了其吸附性能，活性炭对非极性化合物、饱和键化合物及分子量较大的化合物有较好的吸附效果，而对于甲醛等极性分子的吸附效果较差。因此，开发一种对室内的甲醛具有较强吸附性能的吸附剂具有重要意义。
[0003]活性炭(AC)具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，对气体、溶液中的有机物和无机物及胶体等颗粒具有较强的吸附能力。它由碳形成的石墨微晶结构堆积而成，主要成分为碳元素，此外还含有少量的氢、氧、氮等，表面常含有羧基、酚羟基和酯基等有机基团。活性炭具有足够的化学稳定性、机械强度、耐酸、耐碱、耐热，已在医药、化工和环保等领域有着广泛应用。常用的制备活性炭的原料有木材和煤炭资源等，以此种方法制备的活性炭生产成本较高。
[0004]我国是世界上花生生产的第一大国，年产量达到1500万吨以上，约占世界总产量的40%左右。花生壳中最主要的成分是粗纤维，其含量为65%以上，还有一些粗蛋白、粗脂肪、矿物质等。花生壳是花生生产的副产物，约占花生总量的30%，这些副产物除少量的被用作粗饲料和制造纤维板的原料外，剩余的很大一部分都被丢弃或作为燃料而烧掉，不仅造成了极大的资源浪费，而且会引起环境污染。
【发明内容】
[0005]为了充分利用被废弃的花生壳，本发明提供一种原料来源广泛、价格低廉、工艺简单、可操作性强、甲醛吸附性能好的花生壳活性炭及其制备方法。
[0006]—种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭，以花生壳为原料，通过活化剂活化，并在马弗炉中炭化，再经过改性剂改性制得花生壳活性炭，所述花生壳活性炭中碳元素含量^45%，氮元素含量2 1.02%，硫元素含量2 1.25%。
[0007]制备具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭的操作如下:
(I)花生壳活性炭粗品的制备
将花生壳粉碎，与质量浓度20%?60%的氯化锌溶液混合;在马弗炉中炭化，得到花生壳活性炭粗品； (2 )花生壳活性炭产品的改性
先用饱和碳酸钠溶液改性，再用饱和亚硫酸氢钠溶液改性，得到花生壳活性炭。
[0008]进一步的技术方案如下:
制备具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭的具体操作如下:
(I)花生壳活性炭粗品的制备
将花生壳分拣、清洗，在温度100°c条件下烘干，粉碎，过20目筛;按质量体积比1:1?3将花生壳与质量浓度20%?60%的氯化锌溶液混合，30°C水浴活化12?24h;马弗炉中温度200?600°C条件下，炭化I?5h;冷却至室温，先进行酸洗，再用蒸馏水洗涤至pH值为5?7，烘干、研磨、过80目筛，得到花生壳活性炭粗品；
(2 )花生壳活性炭产品的改性
按质量体积比I: 5?10将花生壳活性炭粗品与饱和的碳酸钠溶液混合，30°C密封改性I?1.5h;去除多余的饱和碳酸钠溶液，按质量体积比I: 5?10将花生壳活性炭粗品与饱和亚硫酸氢钠溶液混合，30°C密封改性I?1.5h;蒸馏水洗涤至pH值为7?9，烘干、研磨、过80目筛，得到花生壳活性炭。
[0009]所述酸洗为用3mol/L的盐酸溶液清洗。
[0010]所述饱和的碳酸钠溶液是在25°C的条件下制备的饱和的碳酸钠溶液。
[0011 ]所述饱和亚硫酸氢钠溶液是在25°C的条件下制备的饱和亚硫酸氢钠溶液。
[0012]所述改性为在100?150r/min的转速下震荡改性。
[0013]本发明的有益技术效果体现在以下几个方面:
1、本发明的活性炭以花生壳为原料，来源广泛，价格低廉，制备工艺简单，可操作性强，提高了花生壳资源的利用率。
[0014]2、本发明制备的花生壳活性炭呈多孔状结构，活性炭微孔中的杂质有所清除，比表面积较大，表面含氧官能团含量大，通过碳酸钠和亚硫酸钠改性后，活性炭表面负载了亚硫酸氢钠，可与空气中的甲醛发生反应生成羟基磺酸钠，从而增加了活性炭的化学吸附性能，使得甲醛吸附性能大大提高。
[0015]3、本发明方法制备的花生壳活性炭中碳(C)元素含量2 45%，氮(N)元素含量21.02%，硫(S)元素含量 2 1.25%。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1中的花生壳活性炭粗品的微观结构电镜图。
[0017]图2为实施例1中的花生壳活性炭的微观结构电镜图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。
[0019]实施例1
一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭的具体制备步骤如下:
(I)取500g花生壳原料，对其进行分拣、清洗，然后在100 0C烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20目筛;取1g粉碎后的花生壳加入20mL质量浓度40%的氯化锌溶液混合均匀，在30°C水浴锅中活化12h;然后置于马弗炉中进行炭化，炭化温度500°C，炭化时间4h，冷却至室温后用3mol/L的盐酸清洗，再用蒸馏水洗涤至pH值为5，烘干、研磨、过80目筛，得花生壳活性炭粗品；花生壳活性炭粗品的微观结构电镜见图1。
[0020](2)取15g花生壳活性炭粗品置于250mL的锥形瓶中，然后加入10mL饱和的碳酸钠溶液，(饱和的碳酸钠溶液是在25°C条件下制备的，花生壳活性炭粗品与饱和的碳酸钠溶液的质量体积比为15:100)，密封后放在30°C的摇床中，在140r/min的转速下震荡Ih;倒出多余的饱和碳酸钠溶液，加入10mL饱和亚硫酸氢钠溶液，(饱和亚硫酸氢钠溶液是在25°C条件下制备的，花生壳活性炭粗品与饱和亚硫酸氢钠溶液的质量体积比为15:100)，密封后放在30°C的摇床中，在140r/min的转速下继续震荡lh，用蒸馏水洗涤至pH值为8、烘干、研磨、过80目筛，既得花生壳活性炭，花生壳活性炭的微观结构电镜见图2。
[0021]本发明的花生壳活性炭中碳(C)元素含量为45.61%，氮(N)元素含量为1.25%，硫
(S)元素含量为1.54%。
[0022]在直径为200mm的干燥器内放置50mL10%的甲醛溶液，使得其中的甲醛浓度控制在1.07lmg/m3，取Ig本制备方法所制的花生壳活性炭放入干燥器内，使用M宝德源便携式家用室内测甲醛检测仪记录干燥器内甲醛含量随着吸附时间的变化。
[0023]经测定，本发明的花生壳活性炭在吸附2h后，使得干燥器内的甲醛含量下降为0.104mg/m3，甲醛去除率达90.29%。
[0024]实施例2
一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭的具体制备步骤如下:
(1)取500g花生壳原料，对其进行分拣、清洗，在100°C烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20目筛；取1g粉碎后的花生壳加入20mL质量浓度30%的氯化锌溶液混合均匀，在30°C水浴锅中活化12h;然后置于马弗炉中进行炭化，炭化温度400°C，炭化时间2h，冷却至室温后用3mol/L的盐酸清洗，再用蒸馏水洗涤至pH值为5.5，烘干、研磨、过80目筛，得花生壳活性炭粗品;
(2)取15g花生壳活性炭粗品置于250mL的锥形瓶中，然后加入10mL饱和的碳酸钠溶液，密封后放在30 0C的摇床中，在150r/min的转速下震荡1.5h;倒出多余的饱和碳酸钠溶液，加入10mL饱和亚硫酸氢钠溶液，密封后放在30°C的摇床中，在150r/min的转速下继续震荡1.5h，用蒸馏水洗涤至pH值为8、烘干、研磨、过80目筛，既得花生壳活性炭。
[0025]本发明的花生壳活性炭中C元素含量为47.72%，N元素含量为1.28%，S元素含量为1.46%。
[0026]在直径为200mm的干燥器内放置50mL10%的甲醛溶液，使得其中的甲醛浓度控制在1.035mg/m3，取Ig本制备方法所制的花生壳活性炭放入干燥器内，使用M宝德源便携式家用室内测甲醛检测仪记录干燥器内甲醛含量随着吸附时间的变化。
[0027]经测定，本发明的花生壳活性炭在吸附2h后，使得干燥器内的甲醛含量下降为0.152 mg/m3，甲醛去除率达85.31%。
[0028]其它同实施例1。
[0029]实施例3
一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭的具体制备步骤如下:
(I)取500g花生壳原料，对其进行分拣、清洗，然后在100 0C烘箱中烘干，用粉碎机粉碎后过20目筛;取1g粉碎后的花生壳加入25mL质量浓度40%的氯化锌溶液混合均匀，在30°C水浴锅中活化14h;然后置于马弗炉中进行炭化，炭化温度600°C，炭化时间2h，冷却至室温后用3mol/L的盐酸清洗，再用蒸馏水洗涤至pH值为6、烘干、研磨、过80目筛，得花生壳活性炭粗品；
(2)取15g花生壳活性炭粗品置于250mL的锥形瓶中，然后加入120mL饱和的碳酸钠溶液，密封后放在30 0C的摇床中，在120r/min的转速下震荡1.2h;倒出多余的饱和碳酸钠溶液，加入120mL饱和亚硫酸氢钠溶液，密封后放在30°C的摇床中，在120r/min的转速下继续震荡1.2h，用蒸馏水洗涤至pH值为8.5，烘干、研磨、过80目筛，既得花生壳活性炭。
[0030]本发明的花生壳活性炭中C元素含量为46.83%，N元素含量为1.22%，S元素含量为1.48%。
[0031]在直径为200mm的干燥器内放置50mL10%的甲醛溶液，使得其中的甲醛浓度控制在1.049mg/m3，取Ig本制备方法所制的花生壳活性炭放入干燥器内，使用M宝德源便携式家用室内测甲醛检测仪记录干燥器内甲醛含量随着吸附时间的变化。
[0032]经测定，本发明的花生壳活性炭在吸附2h后，使得干燥器内的甲醛含量下降为0.122mg/m3，甲醛去除率达88.37%。
【主权项】
1.一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭，其特征在于，它以花生壳为原料，通过活化剂活化，并在马弗炉中炭化，再经过改性剂改性制得花生壳活性炭，所述花生壳活性炭中碳元素含量2 45%，氮元素含量2 1.02%，硫元素含量2 1.25%。2.制备权利要求1所述的一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭的方法，其特征在于，制备操作如下: (I)花生壳活性炭粗品的制备 将花生壳粉碎，与质量浓度20%?60%的氯化锌溶液混合;在马弗炉中炭化，得到花生壳活性炭粗品； (2 )花生壳活性炭产品的改性 先用饱和碳酸钠溶液改性，再用饱和亚硫酸氢钠溶液改性，得到花生壳活性炭。3.根据权利要求2所述的制备具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭的方法，其特征在于，具体操作如下: (I)花生壳活性炭粗品的制备 将花生壳分拣、清洗，在温度100°C条件下烘干，粉碎，过20目筛;按质量体积比1:1?3将花生壳与质量浓度20%?60%的氯化锌溶液混合，30°C水浴活化12?24h;马弗炉中温度200?600°C条件下，炭化I?5h;冷却至室温，先进行酸洗，再用蒸馏水洗涤至pH值为5?7，烘干、研磨、过80目筛，得到花生壳活性炭粗品； (2 )花生壳活性炭产品的改性 按质量体积比1:5?10将花生壳活性炭粗品与饱和的碳酸钠溶液混合，300C密封改性I?1.5h;去除多余的饱和碳酸钠溶液，按质量体积比I: 5?10将花生壳活性炭粗品与饱和亚硫酸氢钠溶液混合，30°C密封改性I?1.5h;蒸馏水洗涤至pH值为7?9，烘干、研磨、过80目筛，得到花生壳活性炭。4.根据权利要求3所述的一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭，其特征在于，所述酸洗为用3mo 1/L的盐酸溶液清洗。5.根据权利要求2或3所述的一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭，其特征在于，所述饱和的碳酸钠溶液是在25°C的条件下制备的饱和的碳酸钠溶液。6.根据权利要求2或3所述的一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭，其特征在于，所述饱和亚硫酸氢钠溶液是在25°C的条件下制备的饱和亚硫酸氢钠溶液。7.根据权利要求3所述的一种具有吸附甲醛性能的花生壳活性炭，其特征在于，所述改性为在100?150r/min的转速下震荡改性。
【文档编号】B01J20/20GK105858659SQ201610215004
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】郑志, 王凯强, 杨雪飞, 杨文
【申请人】合肥工业大学