专利名称：一种黄麻基活性炭的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种黄麻基活性炭的制备方法，属于活性炭的制造技术领域。
背景技术：
活性炭是ー种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料，具有吸附能力强、力学強度高、化学稳定性好、可方便再生等特点，被广泛应用于エ业、农业、交通、医药卫生、国防、环境保护等领域。近年来随着环境保护要求的日益提高，国内外活性炭的需求量呈逐年上升的趋势。
传统活性炭制备的原料主要是木材和煤炭。由于国内林木资源有限且日益減少、煤炭价格较高，寻求廉价而丰富的可再生原料替代木材和煤炭是目前活性炭制备领域急需解决的问题。近年来，以棉杆、稻壳、秸杆、玉米芯、花生壳、玉米秸杆、椰壳、核桃壳等产量大且廉价易得的农业废弃物为原料制备活性炭逐渐成为活性炭原料开发方面的研究热点。麻类植物因具有特殊结构和化学成分，使得制备的活性炭具有独特的物理、化学吸附性能，因此用汉麻、剑麻、苎麻等各种麻类植物原料制备活性炭的研究也备受关注。黄麻属韧皮纤维作物，为椴树科一年生草本植物，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，此夕卜，还含有少量果胶、蜡质等。我国是黄麻的起源地之一，栽培历史悠久，品种资源丰富，是世界上第三大黄麻生产国，种植面积在1000万亩左右，年产量在110万吨，主要产区在长江以南，以浙江、广东、台湾三省栽培面积较大。エ业上主要是利用黄麻纤维制造麻绳、麻袋、麻织物等商品，而黄麻脱胶后剩下的麻株中心部分(俗称“麻杆”)则被大量废弃或焚烧，造成资源的极大浪费和环境污染。由于黄麻纤维具有中空的结构，并且黄麻纤维和黄麻杆中木质素含量均较高，因而是制备活性炭的优质材料。从活性炭的制备方法来看，一般选择对原料进行加热的方式，通常的加热方式为电炉加热法和微波加热法。但是，传统的电炉加热方式耗エ、耗时、耗能，而且物料受热不匀。而微波加热技术则是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动,产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，不需任何热传导过程就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀，所需时间仅为传统加热方式的几分之一，甚至几十分之一。此外，因微波加热不需对炉体加热，没有额外热量消耗，可最大限度地提高能源利用率。因此，利用微波辐射黄麻纤维或黄麻杆制备活性炭，不仅可以降低活化时间，节约能源，而且能够变废为宝，提高农民收入。《微波辐射氢氧化钾法制备黄麻杆活性炭エ艺》(朱艳丽等，云南化工，2005年6月第32卷第3期)公开了ー种微波辐射氢氧化钾法制备黄麻杆活性炭エ艺，将黄麻杆破碎、烘干，浸泡在一定浓度的氢氧化钾溶液中，在超声波中使其分散混合lh，然后在120°C下脱水5h后在微波炉中加热活化，活化料经酸洗，漂洗，干燥得活性炭。通过实验表明，碱碳比为I，活化时间为14分钟，微波功率为700瓦吋，制得活性碳碘吸附值为1264. 02mg/g，亚甲基蓝吸附值为210mg/g，活化得率11. 29%。由于该エ艺制备的麻杆活性炭亚甲基蓝吸附值仅为210mg/g，因此对色素的吸附能力和脱色能力差，另外活化得率仅为11. 29%，造成黄麻杆原料浪费，经济效益低。因此需要改进エ艺，选择更好更适于黄麻杆的化学活化 剂，以及化学活化剂的浓度、活化温度、活化时间等参数，提高麻杆活性炭亚甲基蓝吸附值和活化得率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中制备的麻杆活性炭亚甲基蓝吸附值低和活化得率低的问题，提供一种亚甲基蓝吸附值高和活化得率高的黄麻基活性碳的制备方法。一种黄麻基活性炭的制备方法，其包括以下步骤
(1)预处理称取黄麻纤维或粉碎后的黄麻杆原料洗净烘干，用浓度为3-5mo I/L的化学活化剂浸溃，水浴煮沸3-10h，然后将其取出、烘干；
(2)炭化-活化将经步骤(I)处理的原料置于活化炉中，在氮气气氛中炭化和活化，活化温度为400-500°C，活化时间为1-3小时；或者在微波装置中以氮气为保护气进行炭化和活化，微波辐照功率为100-700W，辐照时间为5-30min ；
(3)后处理将经步骤(2)处理的黄麻纤维或黄麻杆冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH值为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。所述化学活化剂是磷酸溶液、氯化锌溶液、氢氧化钠溶液、磷酸氢二铵溶液中的任一种或多种。所述化学活化剂为磷酸，浓度为4mol/L。 所述活化温度为4500C，活化时间为I小时。所述活化温度为450 V，活化时间为2小时。所述活化温度为400 V，活化时间为2小时。所述微波辐照功率为500W，辐照时间为lOmin。所述微波辐照功率为400W，辐照时间为15min。所述微波辐照功率为600W，辐照时间为IOmin。所述微波辐照功率为700W，辐照时间为5min。本发明具有下述优点
本发明利用黄麻纤维和黄麻杆制造活性炭不但可以提高黄麻产业链的附加值，还可以节省宝贵的木材和煤炭资源，具有重要的经济效益和环境效益。选用适当浓度的化学活化齐U，水浴煮沸，使活化剂充分渗入纤维内部，在氮气保护下，经过火化炉活化或微波辐照活化，选择适当温度和活化时间，所得活性炭得率约40%，亚甲基蓝吸附值约300mg/g，均远高于现有技术用微波辐射氢氧化钾法制备的黄麻杆活性炭，提高了黄麻纤维和黄麻杆的利用率，所得活性炭对色素的吸附能力和脱色能力强。
具体实施例方式实施例I
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为3mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入活化炉中，在氮气气氛中，活化温度为400°C，活化时间为I小时，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为45. 02%，碘吸附值为878.62mg/g，亚甲基蓝吸附值约299.7mg/g。实施例2
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为3mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸3h，然后将其取出、烘干；再将其放入真空管式高温烧结炉，在氮气气氛中，活化温度为450°C，活化时间为2小时，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为41. 88%，碘吸附值为1079. 9mg/g，亚甲基蓝吸附值约 299. 23mg/g。实施例3 称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸4h，然后将其取出、烘干；再将其放入真空管式高温烧结炉，在氮气气氛中，活化温度为450°C，活化时间为I小时，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为43. 67%，碘吸附值为1221. 13mg/g，亚甲基蓝吸附值约 360. 14mg/g。实施例4
称取10 g粉碎后的黄麻杆，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为5mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸3h，然后将其取出、烘干；再将其放入活化炉中，在氮气气氛中，活化温度为450°C，活化时间为I小时，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 26%，碘吸附值为1125. 51mg/g，亚甲基蓝吸附值约 299.82mg/g。实施例5
称取10 g粉碎后的黄麻杆，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的氯化锌溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入真空管式高温烧结炉，在氮气气氛中，活化温度为450°C，活化时间为I小时，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 38%，碘吸附值为1108. 51mg/g,亚甲基蓝吸附值约296. 42mg/g。实施例6
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的氢氧化钠溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入真空管式高温烧结炉，在氮气气氛中，活化温度为450°C，活化时间为I小时，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为41. 25%，碘吸附值为1028. 51mg/g，亚甲基蓝吸附值约286. 42mg/g。实施例7
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的磷酸氢ニ铵溶液的烧杯中，水浴煮沸6h，然后将其取出、烘干；再将其放入真空管式高温烧结炉，在氮气气氛中，活化温度为450°C，活化时间为I小时，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 25%，碘吸附值为1048. 36mg/g，亚甲基蓝吸附值约296. 62mg/g。实施例8
称取IOg粉碎后的黄麻杆，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸4h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率300W，在氮气保护下微波辐照30min，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为41. 57%，碘吸附值为1021. 13mg/g，亚甲基蓝吸附值约334. 16mg/g。实施例9
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率500W，在氮气保护下微波辐照15min，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 37%，碘吸附值为1018. 15mg/g，亚甲基蓝吸附值约323. 15mg/g。 实施例10
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为5mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率400W，在氮气保护下微波辐照20min，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 57%，碘吸附值为1013. 25mg/g，亚甲基蓝吸附值约327. 25mg/g。实施例U
称取IOg粉碎后的黄麻杆，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率600W，在氮气保护下微波辐照lOmin，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 08%，碘吸附值为1015. 32mg/g，亚甲基蓝吸附值约319. 27mg/g。实施例12
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率700W，在氮气保护下微波辐照5min，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为39. 27%，碘吸附值为1013. 12mg/g，亚甲基蓝吸附值约313. 17mg/g。实施例13
称取IOg粉碎后的黄麻杆，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为3mol/L的氯化锌溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率400W，在氮气保护下微波辐照15min，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 17%，碘吸附值为1019. 32mg/g,亚甲基蓝吸附值约321. 18mg/g。实施例14
称取IOg黄麻纤维，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的氢氧化钠溶液的烧杯中，水浴煮沸5h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率500W，在氮气保护下微波辐照15min，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为41. 07%，碘吸附值为1031. 12mg/g，亚甲基蓝吸附值约318. 12mg/g。 实施例15
称取IOg粉碎后的黄麻杆，洗净烘干，浸入装有O. 2L浓度为4mol/L的磷酸氢ニ铵溶液的烧杯中，水浴煮沸4h，然后将其取出、烘干；再将其放入柱状石英管中，置于微波装置中，设定微波功率500W，在氮气保护下微波辐照15min，冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。其中活性炭得率为40. 47%，碘吸附值为1061. 02mg/g,亚甲基蓝吸附值约315. 32mg/g。实验数据分析
本发明黄麻基活性碳制备エ艺活性炭得率 最低为39. 27%，最高为45. 02%,是对比文件的活性炭得率11. 29%的3. 47-3. 98倍。亚甲基蓝吸附值最低为286. 42mg/g，最高为360. 14mg/g，是对比文件亚甲基蓝吸附值210mg/g的I. 36-1. 74倍。虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。
权利要求
1.一种黄麻基活性炭的制备方法，其包括以下步骤 (1)预处理称取黄麻纤维或粉碎后的黄麻杆原料洗净烘干，用浓度为3-5mo I/L的化学活化剂浸溃，水浴煮沸3-10h，然后将其取出、烘干； (2)炭化-活化将经步骤(I)处理的原料置于活化炉中，在氮气气氛中炭化和活化，活化温度为400-500°C，活化时间为1-3小时；或者在微波装置中以氮气为保护气进行炭化和活化，微波辐照功率为100-700W，辐照时间为5-30min ； (3)后处理将经步骤(2)处理的黄麻纤维或黄麻杆冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH值为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。
2.根据权利要求I所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述化学活化剂是磷酸溶液、氯化锌溶液、氢氧化钠溶液、磷酸氢二铵溶液中的任一种或多种。
3.根据权利要求2所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述化学活化剂为磷酸，浓度为4mol/L。
4.根据权利要求2或3所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述活化温度为450°C，活化时间为I小时。
5.根据权利要求2或3所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述活化温度为450°C，活化时间为2小时。
6.根据权利要求2或3所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述活化温度为400°C，活化时间为2小时。
7.根据权利要求2或3所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述微波辐照功率为500W，辐照时间为IOmin。
8.根据权利要求2或3所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述微波辐照功率为400W，辐照时间为15min。
9.根据权利要求2或3所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述微波辐照功率为600W，辐照时间为IOmin。
10.根据权利要求2或3所述的黄麻基活性炭的制备方法，其特征在于所述微波辐照功率为700W，辐照时间为5min。
全文摘要
本发明公开了一种黄麻基活性炭的制备方法，称取黄麻纤维或粉碎后的黄麻杆原料洗净烘干，浸入装有浓度为3-5mol/L的磷酸溶液的烧杯中，水浴煮沸3-10h，使活化剂充分渗入纤维内部，然后将其取出、烘干；放入真空管式高温烧结炉，在氮气气氛中，活化至400-500℃，保温1-3小时，或放入柱状石英管中，置于微波装置中，以氮气为保护气体，进行微波辐照反应，微波辐照功率为100-700W，辐照时间为5-30min；冷却至室温后将其取出，经酸洗、反复水洗至PH为6-7后烘干，即得黄麻基活性炭。该方法制备的黄麻基活性炭具有亚甲基蓝吸附值和活化得率高的优点。
文档编号C01B31/10GK102633259SQ20121008171
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者刘其霞, 刘国忠, 季涛, 张熙明, 蒋建新 申请人:江苏紫荆花纺织科技股份有限公司