一种改性生物质碳催化剂载体的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种改性生物质碳催化剂载体的制备方法，属于催化剂制备技术领域。本发明利用蜗牛为原料，通过吐脏排污后取内脏，自制改性液，并与蚕茧基生物碳载体粗品混合，改性后得滤渣，加入硝酸溶液，振荡处理后利用去离子水淋洗，干燥后出料，从而得到改性生物质碳催化剂载体的制备方法。实例证明，本发明方法独特新颖，不仅利用蜗牛和蚕茧为原料，节约了能源，降低了成本，属于绿色环保工艺，而且工艺简便，无需特殊仪器，使得最终制得的生物质碳催化剂载体分散度高，吸附能力强，具有较好的孔容和比表面积，且孔隙均匀，具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种改性生物质碳催化剂载体的制备方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种改性生物质碳催化剂载体的制备方法，属于催化剂制备技术领域。
【背景技术】
[0002]能源是整个世界发展和经济增长的最基本驱动力，是人类赖以生存的基础。但是人类在享受能源带来经济发展、科技进步利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题，这严重的威胁着人类的生存与发展。面对能源危机的严重挑战，世界各国都在努力的改进传统能源或者寻找可替代传统能源的新能源来满足生活的需求。
[0003]生物质基材料是一类具有发展潜力的功能性材料，它可以替代传统材料，减少对化石资源的依赖和环境污染等问题。同时，生物质材料因具有高的比表面积和丰富的官能团，能够螯合金属离子和纳米粒子，能在绝大多数有机溶剂中稳定存在。此外，生物质还具有种类繁多、可生物降解及良好的生物相容性等优点，是制备催化剂的理想载体。因此，设计和构建以生物质为载体的催化剂体系具有十分重要的意义。
[0004]碳材料的比表面积和孔径不仅与其制备方法密切相关，还受到原料的影响，选择合适的原料对生产优质碳材料非常重要。传统的碳材料是由煤、石油或其加工产物等为主要原料通过加工处理制备的。但如今全球范围内的能源、资源危机以及生态环境的恶化对传统碳材料的进一步发展提出了挑战。生物质材料如林业生物质、农业废弃物、能源植物等属于可再生资源，而且大部分生物质材料都含有丰富的碳元素，成为制备各种碳材料的丰富原料。利用生物质材料为原料制备各种碳材料，可以降低碳材料生产成本，实现碳材料的可持续发展。但是生物质碳材料却存在着分散度低，孔隙不均一以及孔容量小的缺陷，限制了其在催化剂载体领域的应用。
[0005]在现有技术中，蜗牛酶的提取主要活体蜗牛在刺激下自身分泌出来的蜗牛粘液和蜗牛的内脏为原料，蜗牛粘液成分包括蛋白质，蜗牛酶，黏液素，硫酸软骨素蛋白多糖，羟基乙酸等;蜗牛的嗦囊及消化道中含有20多种酶，蜗牛酶是多种混合酶;其中有纤维素酶，果胶酶，淀粉酶，蛋白酶等;价值高，广泛应用在细胞学，基因工程学领域，在医学上，饲料的添加剂，保健品都有应用。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题:针对目前利用生物质材料制备各种碳材料，虽可以降低碳材料的成本，但却存在分散度低，孔隙不均一以及孔比容量小的现状，提供了一种利用蜗牛为原料，通过吐脏排污后取内脏，自制改性液，并与蚕茧基生物碳载体粗品混合，改性后得滤渣，加入硝酸溶液，振荡处理后利用去离子水淋洗，干燥后出料，从而得到改性生物质碳催化剂载体的制备方法。该方法独特新颖，不仅利用蜗牛和蚕茧为原料，节约了能源，降低了成本，属于绿色环保工艺，而且工艺简便，无需特殊仪器，使得最终制得的生物质碳催化剂载体分散度高，吸附能力强，具有较大的孔容和比表面积，且孔隙均匀，具有广阔的应用前景。
[0007 ]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)挑选30?40只体重15g以上的蜗牛放入底部装有I?2cm深去离子水的烧杯中，再滴加15?20mL茶籽油，将烧杯放入20?30 °C水浴锅中，静置使蜗牛吐脏排污3?5天；
(2)将上述排污后的蜗牛取出，人工碎壳并取出蜗牛内脏装入带有搅拌器的锥形瓶，向瓶中加入蜗牛内脏总体积5?8倍20?25°C的去离子水，启动搅拌器以500?600r/min转速搅拌处理3?5h;
(3)搅拌结束后过滤分离去除滤渣，将滤液装入高速离心机，以10000?12000r/min转速离心15?20min，分离去除下层沉淀，得到上清液，即自制改性液，放入4?6°C冰水浴中保存备用；
(4)称取200?300g蚕苗放入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤1?20min，将洗涤后的蚕茧干燥后剪成I?3cm的碎片，再将蚕茧碎片放入炭化炉中，通入氩气作为保护气，于800?900°C下保温煅烧2?4h后出料，得蚕茧基生物碳载体粗品；
(5)将40?50g上述得到的蚕苗基生物碳载体粗品倒入带有300?400mL备用自制改性液的陶瓷罐中，放入30?40°C的恒温箱中，浸渍改性10?12h后过滤分离得滤渣；
(6)将上述得到的滤渣倒入其体积8?10倍浓度为2mol/L硝酸溶液中，放入超声振荡仪，在75?85°C条件下以200?300W功率超声振荡处理6?8h，并用去离子水淋洗直至淋洗液呈中性，放入烘箱在105?110 °C下干燥8?I Oh后出料，S卩得改性生物质碳催化剂载体。
本发明的应用方法是:称取5?6g硝酸银、8?1g硝酸镍置于200?300mL去离子水中，充分搅拌均匀，之后将本发明制得的改性生物质碳催化剂载体放入其中，浸泡8?10h，过滤得沉淀，移入马弗炉中，在600?800°C下煅烧3?4h，待煅烧结束，即可得到镍基催化剂，经检测，制得的镍基催化剂与传统催化剂相比，催化活性提高30?32%，催化效率提高40?45%，另外催化寿命为为传统催化剂寿命的I?2倍，具有广阔的应用前景。
[0008]本发明制得的改性生物质碳催化剂载体比表面积高达715?735m2g—S孔径大小为28?32nm，中孔孔容为0.2?0.3mg/L，强度为8.0?9.0N/mm。
[0009]本发明的有益效果是:
(1)本发明方法独特新颖，利用蜗牛和蚕茧为原料，避免了资源危机以及生态环境的恶化，节约了能源，降低了成本，属于绿色环保工艺；
(2)本发明工艺简便，无需特殊仪器，最终制得的生物质碳催化剂载体分散度高，吸附能力强，具有较好的孔容和比表面积，且孔隙均匀；
(3)本发明制得的生物质碳催化剂载体具有广阔的应用前景，可大规模推广应用。
【具体实施方式】
[0010]首先挑选30?40只体重15g以上的蜗牛放入底部装有I?2cm深去离子水的烧杯中，再滴加15?20mL茶籽油，将烧杯放入20?30°C水浴锅中，静置使蜗牛吐脏排污3?5天；然后将上述排污后的蜗牛取出，人工碎壳并取出蜗牛内脏装入带有搅拌器的锥形瓶，向瓶中加入蜗牛内脏总体积5?8倍20?25°C的去离子水，启动搅拌器以500?600r/min转速搅拌处理3?5h;搅拌结束后过滤分离去除滤渣，将滤液装入高速离心机，以10000?12000r/min转速离心15?20min，分离去除下层沉淀，得到上清液，即自制改性液，放入4?6 °C冰水浴中保存备用；接下来称取200?300g蚕茧放入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤10?20min，将洗涤后的蚕茧干燥后剪成I?3cm的碎片，再将蚕茧碎片放入炭化炉中，通入氩气作为保护气，于800?900°C下保温煅烧2?4h后出料，得蚕茧基生物碳载体粗品；然后将40?50g上述得到的蚕茧基生物碳载体粗品倒入带有300?400mL备用自制改性液的陶瓷罐中，放入30?40°C的恒温箱中，浸渍改性10?12h后过滤分离得滤渣;最后将上述得到的滤渣倒入其体积8?10倍浓度为2mol/L硝酸溶液中，放入超声振荡仪，在75?85°C条件下以200?300W功率超声振荡处理6?8h，并用去离子水淋洗直至淋洗液呈中性，放入烘箱在105?110 °C下干燥8?I Oh后出料，S卩得改性生物质碳催化剂载体。
实例I
首先挑选30只体重15g以上的蜗牛放入底部装有Icm深去离子水的烧杯中，再滴加15mL茶籽油，将烧杯放入20°C水浴锅中，静置使蜗牛吐脏排污3天;然后将上述排污后的蜗牛取出，人工碎壳并取出蜗牛内脏装入带有搅拌器的锥形瓶，向瓶中加入蜗牛内脏总体积5倍200C的去离子水，启动搅拌器以500r/min转速搅拌处理3h;搅拌结束后过滤分离去除滤渣，将滤液装入高速离心机，以10000r/min转速离心15min，分离去除下层沉淀，得到上清液，即自制改性液，放入4°C冰水浴中保存备用;接下来称取200g蚕茧放入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤1min，将洗涤后的蚕茧干燥后剪成Icm的碎片，再将蚕茧碎片放入炭化炉中，通入氩气作为保护气，于800°C下保温煅烧2h后出料，得蚕茧基生物碳载体粗品；然后将40g上述得到的蚕茧基生物碳载体粗品倒入带有300mL备用自制改性液的陶瓷罐中，放入30°C的恒温箱中，浸渍改性1h后过滤分离得滤渣;最后将上述得到的滤渣倒入其体积8倍浓度为2mol/L硝酸溶液中，放入超声振荡仪，在75°C条件下以200W功率超声振荡处理6h，并用去离子水淋洗直至淋洗液呈中性，放入烘箱在105°C下干燥8h后出料，即得改性生物质碳催化剂载体。
本实例操作简便，制得的改性生物质碳催化剂载体比表面积高达715m2g—I孔径大小为28nm，中孔孔容为0.2mg/L，强度为8.0N/mm;使用时，称取5g硝酸银、8g硝酸镍置于200mL去离子水中，充分搅拌均匀，之后将本发明制得的改性生物质碳催化剂载体放入其中，浸泡8h，过滤得沉淀，移入马弗炉中，在600°C下煅烧3h，待煅烧结束，即可得到镍基催化剂，经检测，制得的镍基催化剂与传统催化剂相比，催化活性提高30%，催化效率提高40%，另外催化寿命为为传统催化剂寿命的I倍，具有广阔的应用前景。
[0011]实例2
首先挑选40只体重15g以上的蜗牛放入底部装有2cm深去离子水的烧杯中，再滴加20mL茶籽油，将烧杯放入30°C水浴锅中，静置使蜗牛吐脏排污5天;然后将上述排污后的蜗牛取出，人工碎壳并取出蜗牛内脏装入带有搅拌器的锥形瓶，向瓶中加入蜗牛内脏总体积8倍25°C的去离子水，启动搅拌器以600r/min转速搅拌处理5h;搅拌结束后过滤分离去除滤渣，将滤液装入高速离心机，以12000r/min转速离心18min，分离去除下层沉淀，得到上清液，即自制改性液，放入5°C冰水浴中保存备用;接下来称取250g蚕茧放入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤15min，将洗涤后的蚕茧干燥后剪成2cm的碎片，再将蚕茧碎片放入炭化炉中，通入氩气作为保护气，于850°C下保温煅烧3h后出料，得蚕茧基生物碳载体粗品；然后将45g上述得到的蚕茧基生物碳载体粗品倒入带有350mL备用自制改性液的陶瓷罐中，放入35°C的恒温箱中，浸渍改性Ilh后过滤分离得滤渣;最后将上述得到的滤渣倒入其体积9倍浓度为2mol/L硝酸溶液中，放入超声振荡仪，在80°C条件下以250W功率超声振荡处理7h，并用去离子水淋洗直至淋洗液呈中性，放入烘箱在108°C下干燥9h后出料，即得改性生物质碳催化剂载体。
本实例操作简便，制得的改性生物质碳催化剂载体比表面积高达715m2g—I孔径大小为28nm，中孔孔容为0.2mg/L，强度为8.0N/mm;使用时，称取5.5g硝酸银、9g硝酸镍置于250mL去离子水中，充分搅拌均匀，之后将本发明制得的改性生物质碳催化剂载体放入其中，浸泡9h，过滤得沉淀，移入马弗炉中，在700°C下煅烧3.5h，待煅烧结束，即可得到镍基催化剂，经检测，制得的镍基催化剂与传统催化剂相比，催化活性提高31%，催化效率提高43%，另外催化寿命为为传统催化剂寿命的1.5倍，具有广阔的应用前景。
[0012]实例3
首先挑选40只体重15g以上的蜗牛放入底部装有2cm深去离子水的烧杯中，再滴加20mL茶籽油，将烧杯放入30°C水浴锅中，静置使蜗牛吐脏排污5天;然后将上述排污后的蜗牛取出，人工碎壳并取出蜗牛内脏装入带有搅拌器的锥形瓶，向瓶中加入蜗牛内脏总体积8倍25°C的去离子水，启动搅拌器以600r/min转速搅拌处理5h;搅拌结束后过滤分离去除滤渣，将滤液装入高速离心机，以12000r/min转速离心20min，分离去除下层沉淀，得到上清液，即自制改性液，放入6°C冰水浴中保存备用;接下来称取300g蚕茧放入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤20min，将洗涤后的蚕茧干燥后剪成3cm的碎片，再将蚕茧碎片放入炭化炉中，通入氩气作为保护气，于900°C下保温煅烧4h后出料，得蚕茧基生物碳载体粗品；然后将50g上述得到的蚕茧基生物碳载体粗品倒入带有400mL备用自制改性液的陶瓷罐中，放入40°C的恒温箱中，浸渍改性12h后过滤分离得滤渣;最后将上述得到的滤渣倒入其体积10倍浓度为2mol/L硝酸溶液中，放入超声振荡仪，在85°C条件下以300W功率超声振荡处理8h，并用去离子水淋洗直至淋洗液呈中性，放入烘箱在110°C下干燥1h后出料，即得改性生物质碳催化剂载体。
本实例操作简便，制得的改性生物质碳催化剂载体比表面积高达715m2g—I孔径大小为28nm，中孔孔容为0.2mg/L，强度为8.0N/mm;使用时，称取6g硝酸银、1g硝酸镍置于300mL去离子水中，充分搅拌均匀，之后将本发明制得的改性生物质碳催化剂载体放入其中，浸泡1h，过滤得沉淀，移入马弗炉中，在800 V下煅烧4h，待煅烧结束，即可得到镍基催化剂，经检测，制得的镍基催化剂与传统催化剂相比，催化活性提高32%，催化效率提高45%，另外催化寿命为为传统催化剂寿命的2倍，具有广阔的应用前景。
【主权项】
1.一种改性生物质碳催化剂载体的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)挑选30?40只体重15g以上的蜗牛放入底部装有I?2cm深去离子水的烧杯中，再滴加15?20mL茶籽油，将烧杯放入20?30 °C水浴锅中，静置使蜗牛吐脏排污3?5天； (2)将上述排污后的蜗牛取出，人工碎壳并取出蜗牛内脏装入带有搅拌器的锥形瓶，向瓶中加入蜗牛内脏总体积5?8倍20?25°C的去离子水，启动搅拌器以500?600r/min转速搅拌处理3?5h; (3)搅拌结束后过滤分离去除滤渣，将滤液装入高速离心机，以10000?12000r/min转速离心15?20min，分离去除下层沉淀，得到上清液，即自制改性液，放入4?6°C冰水浴中保存备用； (4)称取200?300g蚕苗放入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤10?20min，将洗涤后的蚕茧干燥后剪成I?3cm的碎片，再将蚕茧碎片放入炭化炉中，通入氩气作为保护气，于800?900°C下保温煅烧2?4h后出料，得蚕茧基生物碳载体粗品； (5)将40?50g上述得到的蚕苗基生物碳载体粗品倒入带有300?400mL备用自制改性液的陶瓷罐中，放入30?40°C的恒温箱中，浸渍改性10?12h后过滤分离得滤渣； (6)将上述得到的滤渣倒入其体积8?10倍浓度为2mol/L硝酸溶液中，放入超声振荡仪，在75?85°C条件下以200?300W功率超声振荡处理6?8h，并用去离子水淋洗直至淋洗液呈中性，放入烘箱在105?110 °C下干燥8?I Oh后出料，S卩得改性生物质碳催化剂载体。
【文档编号】B01J21/18GK106040313SQ201610492241
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】陈建峰, 张明, 林茂平
【申请人】陈建峰