专利名称：以文冠果子壳制备颗粒活性炭及工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种活性炭及工艺方法，尤其是涉及一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭及工艺方法。
背景技术：
吸附是分离和净化过程的一种重要技术，在诸多吸附材料中，活性炭因其大的吸附能力和低廉的成本而得到了最为广泛的应用。广泛应用于化工、环保、食品与制药、催化剂载体和电极材料等领域。内蒙古自治区是文冠果的主产地区，加工利用文冠果子壳等剩余物，使其变废为宝，对文冠果的综合利用和建设节约型社会具有重要的意义。文冠果(Xanthoceras sorbifolia Bunge)系无患子科文冠果属的木本油料作物， 为我国特有树种，原产我国北方黄土高原，野生，具有抗旱、耐寒、耐瘠薄、耐盐碱等特点，在我国北方数省区有人工种植，主要用于防风固沙。我国古书《救荒本草》记载文冠果种仁味甘可食。文冠果种仁含油60%以上，油中富含14种不饱和脂肪酸，是质量上乘的食用油， 榨油后的油渣含丰富的蛋白质，是优质饲料，文冠果种仁油也可作为工业用油和药用，也是生产生物柴油的优质原料。而文冠果子壳约占文冠果籽重量的30%以上，那么合理利用文冠果子壳资源，以提高其应用价值。然而，迄今为止，文冠果子壳等废弃之物，尚未被开发利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有原料广泛、污染少、易再生、生产成本低、化学稳定性好、吸附性能好可以规模化生产力的以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法。本发明的第二个目的在于提供一种由上述方法制备的以文冠果子壳制备的颗粒活性炭。本发明的第一个目的由如下技术方案实施以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法，其包括有如下步骤将文冠果种子壳进行粉碎，过筛的预处理之后干燥，用磷酸溶液将预处理之后并干燥的文冠果种子壳粉碎物进行酸浸，然后进行炭化、活化，漂洗干燥过筛精制则为黑色粉末活性炭，即得成品。以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺的优选方法，其包括有如下步骤(1)将文冠果种子壳进行粉碎，过筛的预处理之后干燥，再粉碎过筛，选取20-60 目的颗粒，得文冠果种子壳粉碎物，置恒温电热干燥箱中干燥，使文冠果种子壳粉碎物水分含量降至10%以下；将预处理后的文冠果子壳颗粒放入粉碎机内进一步粉碎，将文冠果子壳粉碎后过筛，选取60-120目的文冠果子壳颗粒；(2)酸浸取质量百分比浓度为60% -90%的磷酸溶液，将步骤(1)中的文冠果种子壳粉碎物与配制好的质量百分比浓度为60% -90%的磷酸溶液反复搅拌揉压，使混合均勻，其中所述文冠果种子壳粉碎物与所述配制好的质量百分比浓度为60% -90%的磷酸溶液的固液比，按质量体积比为1.5 1-2. 5 1 ；
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(3)炭化、活化酸浸后的文冠果种子壳先在200_230°c下干燥箱中加热炭化 10-1 ;然后放入电阻炉中将温度调高至400°C -50(TC，进入活化阶段，文冠果种子壳活性炭的活化时间控制在90-150min ；(4)漂洗、干燥、过筛得成品将活性炭取出，加清水反复洗涤，使PH值为5-7 ；将湿活性炭置100-120°C干燥箱中干燥，使活性炭的含水率降低至10%以下，并粉碎，过筛后得到成品文冠果子壳颗粒活性炭，装入密封袋内。在所述步骤(1)中在干燥箱中干燥要求恒温，且温度为90-110°C。本发明的第二个目的由如下技术方案实施一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法所制得的文冠果子壳颗粒活性炭。本发明的优点在于以文冠果子壳制备活性炭原料充足，原料来自文冠果生物柴油的加工剩余物，使其变废为宝；以文冠果子壳为原料，磷酸溶液活化工艺制备活性炭制备工艺简单，生产成本降低、污染少、炭活化温度低；磷酸活化法制备文冠果子壳活性炭比表面积大，吸附性能好。
图1为本发明文冠果子壳活性炭的制备工艺图。图2为本发明实施例1-3文冠果子壳活性炭的亚甲基蓝脱色率对比图。图3为本发明碱性品红吸附量随时间的变化曲线图。图4为本发明实施例1-3的文冠果子壳活性炭碘值吸附量对比图。
具体实施方案实施例1 如图1所示，一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法由如下步骤组成(1)将文冠果种子壳进行粉碎，过筛的预处理之后干燥，再粉碎过筛，选取20目的颗粒，得文冠果种子壳粉碎物，置恒温电热干燥箱中干燥，在干燥箱中干燥要求恒温，且温度为90°C。使文冠果种子壳粉碎物水分含量降至10%以下；将预处理后的文冠果子壳颗粒放入粉碎机内进一步粉碎，将文冠果子壳粉碎后过筛，选取60目的文冠果子壳颗粒；(2)酸浸取质量百分比浓度为60%的磷酸溶液，将步骤(1)中的文冠果种子壳粉碎物与配制好的质量百分比浓度为60%的磷酸溶液反复搅拌揉压，使混合均勻，加速磷酸溶液向文冠果子壳内部的渗透。其中所述文冠果种子壳粉碎物与所述配制好的质量百分比浓度为60%的磷酸溶液按固液比质量体积比为1.5 1混合搅拌。(3)炭化、活化酸浸后的文冠果种子壳先在200°C下干燥箱中加热炭化IOh ；然后放入电阻炉中将温度调高至400°C，进入活化阶段，文冠果种子壳活性炭的活化时间控制在 90min ；(4)漂洗、干燥、过筛得成品将活性炭取出，加清水反复洗涤，使PH值为5 ；将湿活性炭置100°c干燥箱中干燥，使活性炭的含水率降低至10%以下，并粉碎，过筛后得到成品文冠果子壳颗粒活性炭，装入密封袋内。实施例2 如图1所示，一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法由如下步骤组成(1)将文冠果种子壳进行粉碎，过筛的预处理之后干燥，再粉碎过筛，选取60目的颗粒，得文冠果种子壳粉碎物，置恒温电热干燥箱中干燥，在干燥箱中干燥要求恒温，且温度为110°c。使文冠果种子壳粉碎物水分含量降至10%以下；将预处理后的文冠果子壳颗粒放入粉碎机内进一步粉碎，将文冠果子壳粉碎后过筛，选取120目的文冠果子壳颗粒；(2)酸浸取质量百分比浓度为90%的磷酸溶液，将步骤(1)中的文冠果种子壳粉碎物与配制好的质量百分比浓度为90%的磷酸溶液反复搅拌揉压，使混合均勻，加速磷酸溶液向文冠果子壳内部的渗透。其中所述文冠果种子壳粉碎物与所述配制好的质量百分比浓度为90%的磷酸溶液的按固液比质量体积比为2. 5 1混合搅拌均勻。(3)炭化、活化酸浸后的文冠果种子壳先在230°C下干燥箱中加热炭化12h ；然后放入电阻炉中将温度调高至500°C，进入活化阶段，文冠果种子壳活性炭的活化时间控制在 150min ；(4)漂洗、干燥、过筛得成品将活性炭取出，加清水反复洗涤，使PH值为7 ；将湿活性炭置120°C干燥箱中干燥，使活性炭的含水率降低至10%以下，并粉碎，过筛后得到成品文冠果子壳颗粒活性炭，装入密封袋内。实施例3 如图1所示，一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法由如下步骤组成(1)将文冠果种子壳进行粉碎，过筛的预处理之后干燥，再粉碎过筛，选取40目的颗粒，得文冠果种子壳粉碎物，置恒温电热干燥箱中干燥，在干燥箱中干燥要求恒温，且温度为100°C。使文冠果种子壳粉碎物水分含量降至10%以下；将预处理后的文冠果子壳颗粒放入粉碎机内进一步粉碎，将文冠果子壳粉碎后过筛，选取90目的文冠果子壳颗粒；(2)酸浸取质量百分比浓度为75%的磷酸溶液，将步骤(1)中的文冠果种子壳粉碎物与配制好的质量百分比浓度为75%的磷酸溶液反复搅拌揉压，使混合均勻，加速磷酸溶液向文冠果子壳内部的渗透。其中所述文冠果种子壳粉碎物与所述配制好的质量百分比浓度为75%的磷酸溶液按固液比质量体积比为2.0 1混合搅拌均勻。(3)炭化、活化酸浸后的文冠果种子壳先在210°C下干燥箱中加热炭化Ilh ；然后放入电阻炉中将温度调高至450°C，进入活化阶段，文冠果种子壳活性炭的活化时间控制在 120min ；(4)漂洗、干燥、过筛得成品将活性炭取出，加清水反复洗涤，使PH值为6 ；将湿活性炭置110°C干燥箱中干燥，使活性炭的含水率降低至10%以下，并粉碎，过筛后得到成品文冠果子壳颗粒活性炭，装入密封袋内。实验例4 通过上述本发明实施例所制得的活性炭，所得的活性炭进行亚甲基蓝脱色率、碱性品红吸附量和碘值三个评价指标，衡量磷酸方法制备的文冠果子壳活性炭的性能。4.1亚甲基蓝脱色率准确吸取浓度为5mg/L的亚甲蓝溶液20mL于250mL锥形瓶中，置电炉上加热至 900C。用分析天平准确称取文冠果子壳活性炭0. 02g,将实施例1、2和3所制得的活性炭分别倒入锥形瓶中，搅拌20min后取下。将锥形瓶内的溶液冷却，取上清液在分光光度计上， 以ICM比色皿测定670nm处吸光度。然后按下式计算脱色率。计算方法为脱色率(％ ) = (A0-A)A0X 100%Atl-处理前亚甲蓝溶液的吸光度A-处理后的亚甲蓝溶液吸光度在最大吸收波长为670nm处测得浓度为5mg/L亚甲蓝溶液吸光度Atl为0. 7447，对亚甲蓝溶液进行脱色，并计算脱色率，如图2所示。4. 2碱性品红吸附量配制300mg/l的碱性品红溶液，依次分别加入实施例1、2和3称好的0. 04g文冠果子壳活性炭中，每隔5分钟放入恒温振荡器中振荡，温度设定为30°C，测定碱性品红吸附量。如图3可知文冠果子壳活性炭对碱性品红的吸附量变化曲线比较稳定，随着时间的延长而增加，在同一时间内随温度的升高而增加。当超过30min时，文冠果子壳活性炭吸附碱性品红的吸附量趋于稳定，按实施例2方法制备的活性炭对碱性品红的吸附量明显高于其他实施组，最高吸附量344. 9348mg/g。4. 3 碘值准确称取实施例1、2和3制备的文冠果子壳活性炭0. IOOOg于锥形瓶中，放入干燥的IOOmL碘量瓶中，准确加人(1+9滴)盐酸10. OmL使试样湿润，放在电炉上加热至沸， 微沸30s，冷却至室温后，加人50. OmL的0. lmol/L碘标准溶液。立即塞好瓶盖，在振荡机上振荡15min，迅速过滤到干燥烧杯中。用移液管吸取10. OmL滤液，放人250mL碘量瓶中，加入IOOmL水，用0. lmol/L硫代硫酸钠标准溶液进行滴定，在溶液呈淡黄色时，加2mL淀粉指示剂，继续滴定使溶液变成无色，记录下使用的硫代硫酸钠体积(如图4所示)。按下式计算碘值计算方法碘值E = 5 (IOC1-VXC2) X 126. 9/m式中C1为碘溶液浓度，V为滴定毫升数，C2为硫代硫酸钠的浓度，m为准确称取活性炭的克数。碘液的浓度由0. lmol/L硫代硫酸钠标准溶液测定。1278.46mg/g。通过评价指标可以得知实施例2方法制备的文冠果子壳活性炭具有良好的亚甲基蓝脱色率达到96. 05% ；对碱性品红的吸附量最高为344. 9438mg/g ；碘值的吸附量为 1278. 46mg/g，均符合国家一级活性炭的碘值标准，高于普通的活性炭的亚甲基蓝脱色率、 碱性品红吸附量和碘值吸附量。
权利要求
1.以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法，其包括有如下步骤将文冠果种子壳进行粉碎，过筛预处理之后干燥，用磷酸溶液将预处理之后并干燥的文冠果种子壳粉碎物进行酸浸，然后进行炭化、活化，漂洗干燥过筛精制则为黑色粉末活性炭，即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法，其包括有如下步骤(1)将文冠果种子壳进行粉碎，过筛的预处理之后干燥，再粉碎过筛，选取20-60目的颗粒，得文冠果种子壳粉碎物，置恒温电热干燥箱中干燥，使文冠果种子壳粉碎物水分含量降至10%以下；将预处理后的文冠果子壳颗粒放入粉碎机内进一步粉碎，将文冠果子壳粉碎后过筛，选取60-120目的文冠果子壳颗粒；(2)酸浸取质量百分比浓度为60%-90%的磷酸溶液，将步骤(1)中的文冠果种子壳粉碎物与配制好的质量百分比浓度为60% -90%的磷酸溶液按固液比质量体积比为 1.5 1-2. 5 1混合，反复搅拌使至均勻；(3)炭化、活化酸浸后的文冠果种子壳先在200-230°C干燥箱中下加热炭化10-1 ； 然后放入电阻炉中将温度调高至400°C --50(TC，进入活化阶段，文冠果种子壳活性炭的活化时间控制在90-150min ；(4)漂洗、干燥、过筛得成品将活性炭取出，加清水反复洗涤，使PH值为5-7；将湿活性炭置100-120°C干燥箱中干燥，使活性炭的含水率降低至10%以下，并粉碎，过筛后得到成品文冠果子壳颗粒活性炭，即得成品。
3.根据权利要求2所述的一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法，在所述步骤 (1)中在干燥箱中干燥要求恒温，且温度为90-110°C。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种以文冠果子壳制备颗粒活性炭的工艺方法所制得的文冠果子壳颗粒活性炭。
全文摘要
本发明公开了一种文冠果子壳颗粒活性炭及其制备方法。包括有如下步骤(1)将文冠果子壳进行粉碎，过筛的预处理之后干燥再粉碎；(2)酸浸；(3)干燥、活化；(4)漂洗、干燥、过筛得成品活性炭。优点在于以文冠果子壳制备活性炭原料充足，原料来自文冠果生物柴油的加工剩余物，使其变废为宝；以文冠果子壳为原料，磷酸溶液活化工艺制备活性炭制备工艺简单，生产成本降低、污染少、易再生、化学稳定性好；磷酸活化法制备文冠果子壳活性炭比表面积大，吸附性能好。
文档编号B01J20/20GK102211767SQ20111008446
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者丁立军, 王喜明, 薛振华, 郝一男 申请人:内蒙古农业大学