专利名称：一种高吸附性活性炭的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种活性炭的制备方法，尤其涉及秸杆木质素制备活性炭的方法。
背景技术：
活性炭作为一种多孔性含炭素材料，其内部具有十分发达的孔隙结构和巨大的比表面积，表面具有不同种类的含氧基团，具有脱色精制、消毒除臭和去污提纯等功能，已广泛应用于食品工业、制药业、化工、能源和环保等领域。据最新报告显示，未来5年全球活性炭需求有望以年均9. 9%的速度快速 增长，到2014年全球活性炭需求将达到170万吨。其中，全球最大的活性炭市场美国将以年均超过15%的速度增长，到2014年美国活性炭需求将达到69万吨。中国是世界上最大的活性炭生产国，活性炭的产量占世界产量的三分之一，但现有的制备活性炭的材料主要是煤质和木质两大类。在能源危机和环境问题日益严重的今天，利用资源丰富、价格低廉的农林废弃物制备活性炭不仅有利于解决日益增长的活性炭的需求与原材料不足的矛盾，而且是一种有效的实现固体废物资源化的途径。木质素又称木素，是自然界产量仅次于纤维素的天然高分子物质，是最为丰富的、能从可再生资源取得的芳香族化合物。但是，目前以植物纤维为原料的产业，如纺织、制浆造纸、木材水解、生物质材料、生物质能源等,木质素基本上都作为废弃物排出。据估计,全世界每年排出约I. 5 I. 8亿吨工业木质素，其中绝大部分作为热源利用，只有不足I %(主要是木质素磺酸盐)作为有机化学资源被再利用，另外还有一部分被排放成为环境污染物，这不仅造成了严重的环境污染还造成资源的大量浪费。木质素具有较高的碳含量和与烟煤相似的分子结构，是生产活性炭较理想的前驱体。以木质素为原料生产活性炭，既可促进木质素的高值化利用，又可减轻废液排放对环境的污染。课题组采用相对温和的脱木质素方法(专利号ZL201010141040. X)，不仅可获得高品位的纤维素，而且可回收木质素。分离出的秸杆木质素与传统木质素相比，不仅不含硫，而且聚糖含量低，是一种环境友好又便宜的制备活性炭的前驱体。目前，以木质素为原料制备活性炭，尚处于实验室研究阶段，未见成熟的生产工艺出现，报道的活化剂主要包括 H3P04[E Gonzalez-Serrano, T Cordero, et al. Removalof water pollutants with activated carbons prepared from H3PO4 activation oflignin from kraft black liquors. Water Research，2004，38 :2543-2550. ]、ZnCl2 [周建斌，张齐生，等.水解木质素制备药用活性炭的研究.南京林业大学学报(自然科学版)，2003, 27 (5) :40-42. ]、K2CO3[Y Sun，J Wei, Y S Wang, et al. Production of activatedcarbon by K2CO3 activation treatment of cornstalk lignin and its performance inremoving phenol and subsequent bioregeneration. Environmental Technology，2010，31(1) :53-61. ]、K0H[P J M Carrott,M M L Ribeiro Carrott,Suhas. Comparison of theDubinin-Radushkevich and Quenched Solid Density Functional Theory approachesfor the characterisation of narrow microporosity in activated carbons obtainedby chemical activation with KOH or NaOH of Kraft and hydrolytic lignins.Carbon, 2010,48 :4162-4169.]和NaOH [蒋莉，马飞，梁国斌，等 木质素活性炭的制备及工艺优化.新型炭材料，2011，26 (5) :396-400.]。虽然 H3PO4 (CN201110006484. 7，CN201010223398. 7)和 ZnCl2 (CN200910254649. 5，CN201010028162. 8)这类脱水化学活化剂被广泛地用于活性炭的生产，但其存在潜在的环境污染以及营养盐的富集积累现象。因而，近年来钾碱活化剂在制备大比表面积活性炭方面的研究引起国内外研究者的关注。强碱活化剂(如NaOH和K0H)所制备的活性炭吸附性能较好(CN201110106742. 9，CN201010514975. 8，CN201110158695. 2 CN200910195690. X)，但却存在对设备腐蚀严重的缺陷。因此，碱性较弱、对设备腐蚀较小的碳酸盐成为化学活化法制备活性炭过程中一种较优良的活化剂(D Adinata, W MAff Daud, M K Aroua. Preparation andcharacterization of activated carbon from palm shell.by chemical activationwith K2CO3, Bioresource Technology, 2007,98 :145-149. II Gurten,M Ozmak, E Yagmur,et al. Preparation and characterisation of activated carbon from. Biomass andbioenergy, 2012，37 :73-81.)，但以木质素为原料制备活性炭的工艺未见相关专利文献。鉴于传统木质素及现有活化剂在木质素制备活性炭中的缺陷，本发明以秸杆木质素为原料，以K2C03、KHCO3中的一种或两种的混合物为活化剂进行炭化活化处理，经过简便的工艺过程，不仅可以获得高比表面积的活性炭，而且可以避免传统木质素炭化活化过程中产生的SO2或H2SO4造成的环境污染和对反应设备的腐蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种高吸附性活性炭的制备方法，它能有效地实现农作物秸杆环保化分离产物木质素的资源化。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案(I)预处理将秸杆木质素与活化剂水溶液(质量浓度为25 50% )混合均匀，105 120°C烘干后得预处理混合料。活化剂为K2C03、KHCO3中的一种或两种的混合物，秸杆木质素与活化剂的质量比为I : I I : 3。(2)炭化活化处理用氮气或氩气作为保护气，将步骤(I)所述的混合料置于炭化炉中，以小于25°C /min的速度升温至600 900°C进行炭化活化，活化时间为I 3h，之后
自然冷却至室温得炭化活化样。(3)后处理将步骤(2)所得到的炭化活化样用水煮沸，热过滤并洗涤至pH值为6. 5 7. 5，然后在105 120°C烘干，磨细，即得高吸附性活性炭。本发明具有的积极效果本发明制备的活性炭不仅孔隙发达、碘吸附值和亚甲基
蓝吸附值高，而且炭化活化过程排放污染物较少，具有显著的环境效益、经济效益和社会效 益。
图I是本发明实施例3方法制备的活性炭的电镜扫描图具体实施方式
实施例为了更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，图I是以K2CO3作为活化剂，采用实施例3方法制备的活性炭的电镜扫描图，所用的电镜型号是Quanta 200SEM(FEI Com,Holland)。从图中可以清楚看见所制活性炭形成了发达的孔隙结构。但本发明要求保护的范围不局限于实施例所表示的范围。实施例I 7以秸杆木质素制备活性炭的一般工艺过程如下按质量比I : I I : 3称取秸杆木质素和活化剂，活化剂溶于水配成质量浓度为25 50%的溶液。将秸杆木质素和活化剂的水溶液混合均匀，并于105 120°C干燥。
然后，在氩气或氮气保护下升温至600 900°C进行炭化活化，活化时间I 3h。待炭化活化样自然冷却至室温后，用水煮沸，热过滤并洗涤至pH值为6. 5 7. 5，105 120°C烘干，磨细，即得活性炭。为了对比本发明的效果选择了比较例(I)在与本发明实施例相同的工艺和条件下，采用不加活化剂制备活性炭；(2)与美国生产的水处理活性炭F-400进行比较。表I工艺条件与所得样品的亚甲基蓝吸附值
编号活化剂组成/秸秆木活化剂水溶tS活化烘干亚甲基 质素与活化剂的质液的质量浓化时间温度蓝吸附 量比度温值
_^_
g:g%0C h °C nig/g
文施例 I K2CO:; 1:240600 I 5 110 338
文施例 2 K2CO3 1:135700 I 105 453
实施例 3 K2CO3 1:135700 3 105 417
文施例4 KHCO3 1:135700 I 115 346
丈施例5 K2CO3 1:250800 I 105 525
文施例6 K2CO3+ 1:250800 I 5 HO 476
KHCO3 (质量 比 1:1)
实施例 7 K2CO3 1:3 25 900 I 120 508比较例 I - 1:0 - 800 - 110 41比较例2_商业活性炭F-400_200
权利要求
1.一种高吸附性活性炭的制备方法，包括以下步骤 (1)预处理将秸杆木质素与活化剂水溶液混合均匀，烘干后得预处理混合料； (2)炭化活化处理将步骤(I)所述的混合料置于炭化炉，炉温600 900°C进行炭化活化，活化时间为I 3h，之后自然冷却至室温得炭化活化样； (3)后处理将步骤(2)得到的炭化活化样用水煮沸，热过滤并洗涤至pH值为6.5 7.5，烘干，磨细，即得高吸附性活性炭。
2.根据权利要求I所述的一种高吸附性活性炭的制备方法，其特征在于步骤(I)所述的活化剂为K2C03、KHCO3中的一种或两种的混合物，秸杆木质素与活化剂的质量比为I : I I : 3，活化剂水溶液的质量浓度为25 50%。
3.根据权利要求I所述的一种高吸附性活性炭的制备方法，其特征在于步骤(I)和步骤⑶所述的烘干温度为105 120°C。
4.根据权利要求I所述的一种高吸附性活性炭的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的炭化活化过程以氮气或氩气作为保护气。
全文摘要
本发明公开了一种高吸附性活性炭的制备方法。属于活性炭制备技术领域。具体是将有机溶剂木质素与活化剂的水溶液(质量浓度为25～50％)混合均匀，105～120℃干燥后于600～900℃进行炭化活化，活化时间为1～3h。待炭化活化样自然冷却至室温后，再用水煮沸，热过滤并洗涤至pH值为6.5～7.5，烘干，磨细，即得活性炭。本发明所用木质素来源于农作物秸秆的环保化分离产物，炭化活化过程简便、排放污染物较少，所制活性炭比表面积大、吸附能力强，具有显著的环境效益、经济意义和社会效益。主要用于食品工业、制药业、化工、能源和环保等领域。
文档编号C01B31/12GK102730681SQ20121021040
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者周祚万, 姜曼, 张胜利, 潘红玉 申请人:西南交通大学