一种秸秆芯碳材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种秸秆芯碳材料的制备方法。将秸秆清洗后，取出秸秆芯研磨成粉末，将去离子水、表面活性剂PVP、秸秆芯粉末混合均匀后转移至水热反应釜中，用盐酸调节pH值，将水热反应釜密闭后置于烘箱中，加热反应，冷却后，抽滤、水洗、干燥得到碳材料，本发明得到的碳材料表面粗糙，形成了一定数量的炭微球，炭微球为不规则的球形，比表面积更大，粒径也更加均匀。
【专利说明】
-种稻轩巧碳材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及生物质碳材料制备技术领域，特别是设及一种賴杆忍碳材料的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 賴杆是一种天然纤维素类生物质，是一种丰富的可再生资源。賴杆中含有丰富的 营养价值W及有用的化学成分，被广泛用于工业、农业及畜牧业。然而，仍有大量的賴杆没 有被利用，运不仅造成环境污染同时也是一种资源浪费。由于賴杆中碳含量比较丰富，因此 将其转化为具有特殊结构的碳材料用于需要的领域是非常重要的。
[0003] 现有技术中采用賴杆制备碳材料的方法有一定的缺陷，如模板法过程中需要控制 的变量太多、制备过程较复杂、W及偏高的生产成本，使得模板法制备炭微球难W大规模工 业化推广;热解法在高溫条件下含氧官能团也损失殆尽，且最终产物纯度较低、产率不高， 所用的原料含毒性较高，同时消耗的能量巨大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种賴杆忍碳材料的制备方法。将 賴杆清洗后，取出賴杆忍研磨成粉末，将去离子水、表面活性剂PVP、賴杆忍粉末混合均匀后 转移至水热反应蓋中，用盐酸调节pH值，将水热反应蓋密闭后置于烘箱中，加热反应，冷却 后，抽滤、冲洗、干燥得到碳材料，本发明得到的碳材料表面粗糖，形成了一定数量的炭微 球，炭微球为不规则的球形，比表面积更大，粒径也更加均匀。
[0005] 本发明的一种賴杆忍碳材料的制备方法技术方案为，包括W下步骤： (1) 賴杆前处理:将收集到的賴杆洗净后烘干，剥离出賴杆忍，将賴杆忍剪截成段，再 使用球磨机研磨成粉末备用； (2) 将表面活性剂聚乙締化咯烧酬溶解在去离子水中，然后加入賴杆忍粉末，混合均 匀后转移至水热反应蓋中，混合均匀，用盐酸调节抑值，将水热反应蓋密闭后置于烘箱中， 加热反应，反应结束后，将反应蓋冷却至室溫； (3) 将反应后的液体使用微孔滤膜进行抽滤，所得滤饼用去离子水冲洗3~5次，于干 燥箱中干燥得到碳材料粉末。
[0006] 步骤(2)中，賴杆忍粉末浓度为20~50 g/L。
[0007] 步骤(2)中水热反应蓋置于烘箱中，加热溫度为160~250 °C。
[000引步骤(2)中加热反应时间为4~12小时。
[0009] 步骤(2)中用盐酸调节pH值为2~10。
[0010] 聚乙締化咯烧酬浓度为^6 g/35 mL。
[0011] 步骤(3)中干燥条件为80 °C条件下干燥12 h。
[0012] 步骤(3)中微孔滤膜为3. 50 mm*0.22皿。
[0013] 本发明的一种賴杆忍碳材料的制备方法有益效果为:本发明采用賴杆忍通过水热 炭化制备碳材料，水热炭化相较于传统裂解炭化技术，具有显著的优势，如反应条件溫和， 废弃生物质中碳元素固定效率高，处理设备简单，能耗低等，在炭化反应过程中加入表面活 性剂PVP，可使得炭微球表面粗糖，形成的炭球数量更多，炭微球为不规则的球形，比表面积 更大，粒径也更加均匀。表面活性剂在賴杆的水热炭化反应中，能够改善炭微球的形貌，增 大炭球的比表面积，匀化晶粒。
[0014]
【附图说明】： 图1所示为賴杆忍粉末的XRD图谱； 图2所示为实施例1所得碳材料的XRD图谱； 图3所示为所制备的碳材料的SEM图； 图4所示为不同表面活性剂PVP添加量对碳材料吸附性能的影响图； 图5所示为添加 PVP时制备的碳材料SEM图。
[0015]
【具体实施方式】： 为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明 并不局限于此。
[0016] 实施例1 步骤 賴杆水热法制备碳材料步骤如下： (1)賴杆前处理:将收集到的賴杆洗净后烘干，然后将賴杆忍剥离出来，并用剪刀将賴 杆忍手工剪截成段，再使用球磨机研磨成粉末备用。
[0017] (2)称取适量賴杆忍粉末加入到去离子水中，賴杆忍粉末浓度为20~50 g/L，揽拌 均匀后倒入水热反应蓋中，用盐酸调节pH值为2~10,将反应蓋密闭后置于烘箱中，加热到 160~250 °C并且保持4~12小时，反应结束后，将反应蓋冷却至室溫。
[0018] (3)对反应后的液体使用50 mm*0.22皿微孔滤膜进行抽滤，所得滤饼用去离子 水冲洗3~5次，然后转移到电热恒溫干燥箱中，在80 °C条件下干燥12 h，将烘干后的碳材 料用研鉢研磨成粉末备用。
[0019]吸附实验 本文选用1 mg/L的六价铭标准溶液来做吸附实验，具体实验步骤如下： (1)配制1 mg/L的六价格标准溶液。
[0020] (2)分别称取碳材料Ξ份，一份加入到去离子水中做空白项，其余两份分别加入到 Img/L的六价铭标准溶液中做实验项，磁力揽拌后，静置10小时。
[0021] (3)使用50 mm*0.22皿微孔滤膜抽滤出吸附后的固体炭微球，取滤液10 mL，分 别加入1:1的憐酸0.11 mL、l:l的硫酸0.11 mL、显色剂0.43 mL，静置10分钟，再用 分光光度计测出吸光度。
[0022] (4)根据吸光度值，计算出相应碳材料的吸附效率。
[0023] 最佳工艺条件下所制备的碳材料对六价铭离子的吸附效率可W达到59.08%，并根 据公式3.1计算其吸附容量，为1.182 mg/g。
[0024] q 二（CoV-CV)/m (3.1) 公式3.1中，g:吸附容量，mg/g;。:吸附前、后的Cr (VI)浓度，mg/L; Κο :吸附后溶 液的体积，L; C:吸附后的化(VI)浓度；Κ:吸附后溶液的体积，L ;ffl:加入小麦賴杆的质量，邑。
[0025] 通过采用XRD衍射法来表征賴杆原料和水热炭化后碳材料的曲线变化，进而研究 賴杆忍在水热法制备生物质碳材料过程中结构的改变。XRD衍射图如说明书附图图1和图2 所示。
[0026] 通过对比图1、图2可W发现，賴杆忍在经历了水热炭化反应后，原料的慢头峰已消 失，产物炭微球在23 Γ附近的衍射峰变得尖锐了许多，峰值也有所增大，运表示产物炭 微球的石墨化程度更高。
[0027] 采用SEM来观察水热碳材料的形貌，请见说明书附图图3所示。由说明书附图图3可 W看出，在最佳工艺条件下，制备的炭微球表面较光滑，粒径大约在0.5ym-4wii之间。
[0028] 实施例2 PVP对水热炭化的影响 表面活性剂能够改善碳材料的形貌，提高炭微球的转化率，改善碳材料的吸附性能。 [00巧]在最佳工艺条件下，向水热反应体系中分别加入0.5、0.875、1.5、2.0、4.0、6.0 g 的表面活性剂PVP，主要步骤是：向一定体积水中加入适量的PVP，揽拌均匀后加入一定量 的賴杆忍粉末，在最佳工艺条件下进行水热反应。利用所制备的碳材料处理1 mg/L的六价 铭标准溶液，采用分光光度法测试其吸附性能，比较PVP的添加量对碳材料吸附性能的影 响。请见表1和说明书附图图4。
[0030]表1 PVP浓度对賴杆碳化的影响
[0031 ]图4为不同表面活性剂PVP添加量对碳材料吸附性能的影响图。
[0032]适当添加表面活性剂能够改善碳材料的吸附性能，从图4中可W直观的看出，随着 表面活性剂PVP量的增加，碳材料对六价铭的吸附量先升高后降低，当PVP添加量为4.0 g/ 35 mL时，获得的炭微球吸附性能最好。
[0033] 对碳材料影响沈Μ表征 采用SEM来观察PVP对水热炭化反应产物碳材料的形貌的影响，进而研究賴杆忍在水热 法制备生物质碳材料过程中的表面活性剂PVP的作用和机理。所得SEM照片如说明书附图图 5所示。
[0034] 在同样水热条件下未加表面活性剂PVP的图3和加入2 g/35 mL的表面活性剂 PVP的图5相比较，加入PVP的图5中炭微球表面粗糖，形成的炭球数量更多，炭微球为不 规则的球形，比表面积更大，粒径也更加均匀。运可能是由于PVP的加入对炭微球表面起到 了修饰的作用，包裹炭微球的疏水基，裸露亲水基，从而有效控制形貌。
【主权项】
1. 一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 秸杆经洗净、烘干、球磨后得到秸杆芯粉末备用； (2) 将表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮溶解在去离子水中，然后加入秸杆芯粉末，混合均 匀后转移至水热反应釜中，混合均匀，用盐酸调节PH值，将水热反应釜密闭后置于烘箱中， 加热反应，反应结束后，将反应釜冷却至室温； (3) 将反应后的液体使用微孔滤膜进行抽滤，所得滤饼用去离子水冲洗3~5次，于干 燥箱中干燥得到碳材料粉末。2. 根据权利要求1所述的一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（2)中， 猜杆芯粉末浓度为20~50 g/L。3. 根据权利要求1所述的一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（2)中水 热反应釜置于烘箱中，加热温度为160~250 °C。4. 根据权利要求1所述的一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（2)中加 热反应时间为4~12小时。5. 根据权利要求1所述的一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（2)中用 盐酸调节pH值为2~10。6. 根据权利要求1所述的一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，聚乙烯吡咯烷 酮浓度为1~6 g/35 mL。7. 根据权利要求1所述的一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（3)中干 燥条件为80 °C条件下干燥12 h。8. 根据权利要求1所述的一种秸杆芯碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（3)中微 孔滤膜为50 mm*0.22 μL?ο
【文档编号】C01B31/02GK105905885SQ201610270735
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】马洪芳, 刘志宝, 张长存, 李玉亮
【申请人】山东建筑大学