负载MnO₂的黄芪废渣活性炭及其制备方法

负载MnO₂的黄芪废渣活性炭及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种负载MnO2的黄芪废渣活性炭及其制备方法，该负载MnO2的黄芪废渣活性炭是以黄芪废渣为原料，采用氢氧化钾活化、高锰酸钾改性制备而成的。其制备方法是先将黄芪废渣预处理，进行氢氧化钾溶液浸渍，碳化活化，酸洗、水洗后制得黄芪废渣活性炭，然后将该黄芪废渣活性炭预处理进行KMnO4氧化改性，制得负载MnO2的黄芪废渣活性炭。本发明负载MnO2的黄芪废渣活性炭不仅通过KMnO4的氧化作用增加了表面含氧官能团如羧基、羟基、羰基等的数量，提高了该活性炭产品的极性，同时KMnO4的还原产物MnO2负载于该活性炭的表面和微孔中，显著地提高了对极性物质的吸附能力。
【专利说明】
负载MnO2的黄芪废渣活性炭及其制备方法
技术领域
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[0001]本发明涉及活性炭制备技术领域，特别涉及一种负载MnO2的黄芪废渣活性炭及其制备方法。
【背景技术】
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[0002]活性炭是用烟煤、褐煤、果壳或木肩等原料经炭化、活化制成的黑色多孔颗粒，由微晶炭和无定型炭构成，孔隙结构发达、比表面积大，吸附能力强。近年来，随着人们对环保问题的日益重视，活性炭被广泛应用于制药、化工、食品、加工、冶金工业、农业等各个领域。应用领域的拓宽对活性炭性能提出了更高的要求，进一步促进了活性炭在原料、制备方法等方面的发展，也促进了不同品种特殊性能活性炭的研究开发。
[0003]目前，国内外研究者利用废弃材料制备活性炭，以谋求廉价原料的探索受到了越来越多的重视。我国作为中药生产大国，每年产生大量的中药渣，其常见资源化途径是用作肥料、饲料和生产食用菌的原材料，经济附加值较低。中药药渣中含有大量的粗纤维、粗脂肪、淀粉、多糖、蛋白、氨基酸及微量元素等，且含碳量较高，正是制备活性炭的最好原料，具有很大的开发价值。以中药渣为原料，将其制备成活性炭，不仅可以提高中药渣自身附加值，减少环境污染，同时也拓宽活性炭生产的原料来源，为中药渣的资源化利用开辟了新途径。现有技术中有采用中药材为原料制备活性炭的方法，如CN 104787764A公开的一种用黄芪渣制备活性炭的方法，其包括如下步骤:(I)黄芪废渣预处理:将黄芪废渣原料洗净、烘干、粉碎，过40目筛，备用；(2)氢氧化钾溶液浸渍:将预处理后的黄芪废渣，用质量浓度为30 %?饱和的氢氧化钾溶液在室温下浸渍至少24h，其浸渍比即黄苗废渣质量:氢氧化钾溶液体积为1:3—1:12; (3)—步炭化:将浸渍好的黄芪废渣放入加热炉中，升温至400?9000C，进行一步炭化，炭化活化时间为15-90min； (4)酸洗、水洗:将得到的碳化物冷却至室温，用盐酸溶液洗后，用蒸馏水洗涤，直至pH值在中性范围；(5)干燥、研磨:将得到的产物烘干，研磨后，即得活性炭成品。该方法以黄芪废渣为原料，采用氢氧化钾活化法制备活性炭不仅可利用含碳废弃物，又可以解决环境污染问题，同时也拓宽了活性炭生产的原料来源。而活性炭本身是一种非极性的吸附剂，由于它的疏水性，使它在水溶液中可以有效地吸附各种非极性或弱极性物质，但对极性物质吸附能力较弱。在此基础上，
【申请人】用高锰酸钾对其进行氧化改性，一方面通过高锰酸钾的氧化作用增加表面含氧官能团如羧基、羟基、羰基等的数量，提高该活性炭产品的极性，同时高锰酸钾的还原产物二氧化锰负载于活性炭的表面和微孔中，可显著提高对极性物质的吸附能力。

【发明内容】

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[0004]本发明的目的在于提供一种负载MnO2的黄芪废渣活性炭及其制备方法，该负载MnO2的黄芪废渣活性炭可提高对极性物质的吸附效率。
[0005 ]为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案:
[0006]—种负载MnO2的黄芪废渣活性炭，是以黄芪废渣为原料，采用氢氧化钾活化、高锰酸钾改性制备而成的。
[0007]上述负载MnO2的黄芪废渣活性炭的制备方法，包括以下步骤:
[0008]S1:黄芪废渣预处理:将黄芪废渣原料洗净、烘干、粉碎，过40目筛，装瓶备用；
[0009]S2:氢氧化钾溶液浸渍:将质量浓度为20 %的氢氧化钾溶液与黄芪废渣充分混合；
[0010]S3:碳化活化:将浸渍好的黄芪废渣放入马弗炉中，升温至550?650°C，进行一步碳化，炭化活化时间为60?80min ；
[0011 ] S4:酸洗、水洗:将上述活化碳化物冷却至室温，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸馏水洗至中性，烘干、粉碎，过40目筛，S卩得黄芪废渣活性炭；
[0012]S5:ΚΜηθ4改性:将上述黄芪废渣活性炭与浓度为0.01?0.20mol/L的KMnO4溶液充分混合后，于98°C水浴加热30?180min，用蒸馏水洗至滤出液pH值呈中性，烘干即得负载MnO2的黄芪废渣活性炭。
[0013]步骤S2中所述黄芪废渣(质量为g)与氢氧化钾溶液(体积为L)的固液比为1:3。
[0014]步骤S5中所述黄芪废渣活性炭(质量为g)与KMnO4溶液(体积为L)的固液比为1:1o
[0015]本发明以黄芪废渣为制备活性炭的原料，采用氢氧化钾活化法制备黄芪废渣活性炭后，将其用KMnO4溶液进行氧化改性，得到了负载MnO2的黄芪废渣活性炭，该负载MnO2的黄芪废渣活性炭不仅通过KMnO4的氧化作用增加了表面含氧官能团如羧基、羟基、羰基等的数量，提高了该活性炭产品的极性，同时KMnO4的还原产物MnO2负载于该活性炭的表面和微孔中，显著地提高了对极性物质的吸附能力。因此，本发明不仅可利用黄芪药渣废弃物使其“变废为宝”，解决环境污染问题，拓宽活性炭生产的原料来源，同时制备出的负载MnO2的黄芪废渣活性炭可增加对极性物质的吸附量。
【附图说明】
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[0016]图1是本发明负载MnO2的黄芪废渣活性炭与黄芪废渣活性炭的扫描电镜图；
[0017]图2是本发明负载MnO2的黄芪废渣活性炭的XRD图；
[0018]图3是本发明中黄芪废渣活性炭的XRD图。
【具体实施方式】
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[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案进行详细说明。
[0020]本发明负载MnO2的黄芪废渣活性炭，是以黄芪废渣为原料，采用氢氧化钾活化、高锰酸钾改性制备而成的。具体是先将黄芪废渣预处理，进行氢氧化钾溶液浸渍，碳化活化，酸洗、水洗后制得黄芪废渣活性炭，然后将该黄芪废渣活性炭预处理进行KMnO4氧化改性，制得负载MnO2的黄芪废渣活性炭。
[0021]实施例1
[0022]负载MnO2的黄芪废渣活性炭的制备方法，包括以下步骤:
[0023]SI:黄芪废渣预处理:将黄芪废渣原料洗净、烘干、粉碎，过40目筛(以消除粒径对实验结果的影响)，装瓶备用；
[0024]S2:氢氧化钾溶液浸渍:将质量浓度为20 %的氢氧化钾溶液与黄芪废渣充分混合，其中:黄芪废渣与氢氧化钾溶液的固液比为I: 3;
[0025]S3:碳化活化:将浸渍好的黄芪废渣放入马弗炉中，升温至550?650°C，进行一步碳化，炭化活化时间为60?80min ；
[0026]S4:酸洗、水洗:将上述活化碳化物冷却至室温，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸馏水洗至中性，烘干、粉碎，过40目筛，S卩得黄芪废渣活性炭；
[0027]S5:ΚΜηθ4改性:将上述黄芪废渣活性炭与浓度为0.10mol/L的KMnO4溶液(黄芪废渣活性炭与KMnO4溶液的固液比为1:1)充分混合后，于98 °C水浴加热90min，用蒸馏水洗至滤出液PH值呈中性，烘干即得负载MnO2的黄芪废渣活性炭。
[0028]S6:取30mg制得的负载MnO2的黄芪废渣活性炭于锥形瓶中，加入15mL浓度为100mg/L、pH值为6.0的Cd2+溶液，混合，水浴振荡60min。结果表明，氧化改性后的活性炭对Cd2+的最大吸附量为217.86mg/g，是改性前黄芪废渣活性炭的1.86倍。
[0029]实施例2
[0030]负载MnO2的黄芪废渣活性炭的制备方法，包括以下步骤:
[0031]SI:黄芪废渣预处理:将黄芪废渣原料洗净、烘干、粉碎，过40目筛(以消除粒径对实验结果的影响)，装瓶备用；
[0032]S2:氢氧化钾溶液浸渍:将质量浓度为20 %的氢氧化钾溶液与黄芪废渣充分混合，其中:黄芪废渣与氢氧化钾溶液的固液比为I: 3;
[0033]S3:碳化活化:将浸渍好的黄芪废渣放入马弗炉中，升温至550?650°C，进行一步碳化，炭化活化时间为60?80min ；
[0034]S4:酸洗、水洗:将上述活化碳化物冷却至室温，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸馏水洗至中性，烘干、粉碎，过40目筛，S卩得黄芪废渣活性炭；
[0035]S5:ΚΜηθ4改性:将上述黄芪废渣活性炭与浓度为0.20mol/L的KMnO4溶液(黄芪废渣活性炭与KMnO4溶液的固液比为10:1)充分混合后，于98°C水浴加热60min，用蒸馏水洗至滤出液pH值呈中性，烘干即得负载MnO2的黄芪废渣活性炭。
[0036]S6:取30mg制得的负载MnO2的黄芪废渣活性炭于锥形瓶中，加入15mL浓度为100mg/L、pH值为6.0的Cd2+溶液，混合，水浴振荡60min。结果表明，氧化改性后的活性炭对Cd2+的最大吸附量为204.98mg/g，是改性前黄芪废渣活性炭的1.75倍。
[0037]1.对黄芪废渣活性炭和负载MnO2的黄芪废渣活性炭表面分析
[0038]如图1所示，图1a和图1b分别是黄芪废渣活性炭和负载MnO2的黄芪废渣活性炭的扫描电镜图。从图1a中可以看出，黄芪废渣活性炭表面分布了丰富的、不均匀的、无规则的空隙、通道，呈蜂窝状结构；而图1b中，负载MnO2的黄芪废渣活性炭表面相对平坦，并且表面有很多颗粒状物质，这些颗粒状物质是高锰酸钾在氧化还原过程中生成的MnO2, MnO2负载于活性炭的表面和微孔中，能显著提高对极性物质的吸附率。
[0039]2.对黄芪废渣活性炭和负载MnO2的黄芪废渣活性炭X射线衍射分析
[0040]X射线衍射分析是晶体结构定性分析的有效方法。活性炭的基本炭质由已石墨化的活性炭微晶和未石墨化的非晶炭质构成，非晶炭质与炭微晶的相互连接则构成了活性炭的形状和孔隙结构。如图2、图3所示，是黄芪废渣活性炭(AC)和负载MnO2的黄芪废渣活性炭(AC-Mn)的XRD图，由图2可知，黄芪废渣活性炭在26°和43°附近出现了特征衍射峰，分别代表乱层石墨的(002)平面和(001)平面。改性后，002平面的峰强度减弱，100平面的峰消失，表明改性后活性炭的乱层程度增加，石墨化程度降低，表面原子的活泼型增强，有助于对小分子和离子的吸附；同时AC-Mn在25.91° ,37.13° ,42.57°，65.95°处出现了新的衍射峰，这些峰是MnO2的特征衍射峰。
【主权项】
1.一种负载MnO2的黄芪废渣活性炭，其特征在于:所述负载MnO2的黄芪废渣活性炭是以黄芪废渣为原料，采用氢氧化钾活化、高锰酸钾改性制备而成的。2.根据权利要求1所述的负载MnO2的黄芪废渣活性炭的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: S1:黄芪废渣预处理:将黄芪废渣原料洗净、烘干、粉碎，过40目筛，装瓶备用； S2:氢氧化钾溶液浸渍:将质量浓度为20 %的氢氧化钾溶液与黄芪废渣充分混合； S3:碳化活化:将浸渍好的黄芪废渣放入马弗炉中，升温至550?650°C，进行一步碳化，炭化活化时间为60?80min ； S4:酸洗、水洗:将上述活化碳化物冷却至室温，用0.lmol/L的HCl浸泡12h后，用蒸馏水洗至中性，烘干、粉碎，过40目筛，S卩得黄芪废渣活性炭； S5:ΚΜηθ4改性:将黄芪废渣活性炭与浓度为0.01?0.20mol/L的KMnO4溶液充分混合后，于98 °C水浴加热30?180min，用蒸馏水洗至滤出液pH值呈中性，烘干即得负载MnO2的黄芪废渣活性炭。3.根据权利要求2所述负载MnO2的黄芪废渣活性炭的制备方法，其特征在于:步骤S2中所述黄芪废渣与氢氧化钾溶液的固液比为1: 3。4.根据权利要求2所述负载MnO2的黄芪废渣活性炭的制备方法，其特征在于:步骤S5中所述黄芪废渣活性炭与KMnO4溶液的固液比为10:1。
【文档编号】B01J20/30GK106082214SQ201610455458
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】冯宁川, 范玮, 姚惠琴, 朱美霖
【申请人】宁夏医科大学