本发明涉及一种利用生物质制备活性炭的方法。
背景技术：
活性炭又称活性炭黑。是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，也有排列规整的晶体碳。广泛应用于各行各业中。近年来，用于家庭中吸附异味或有害气体等的情况也越来越多。活性炭的制备一般以木材、煤炭或者废旧轮胎等为原料，制备工艺较复杂，成本也较高，且存在一定程度的环境污染。
广义上的生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。生物质中含有的碳中性，含量也较多。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种利用生物质制备活性炭的方法。
为此，本发明提供的技术方案为：
一种利用生物质制备活性炭的方法，包括：
步骤一、首先通过物料成型装置将生物质挤压为1～5cm×1～5cm×1～5cm的块状，之后将生物质置于具有温控功能的管式炉中，在惰性气体保护下于温度700～1100℃下进行热解，得到生物质焦炭；
步骤二、将空气在加压条件20～40MPa下预热至350～380℃，之后再将预热空气加至生物质焦炭的管式炉中；
步骤三、将步骤一中得到的生物质焦炭与预热空气于温度700～1000℃和压力20～40MPa下进行反应，以得到生物质活性炭初级产品；
步骤四、首先将步骤三中得到的生物质活性炭初级产品置于质量体积比为5％～10％的硫酸溶液中，于温度150～200℃下蒸煮3～4h，之后用50～60℃的水清洗直至生物质活性炭初级产品pH至中性，再然后将所述生物质活性炭初级产品干燥，最后采用干法粉碎为粒径小于5μm的粉末，得到活性炭成品。
优选的是，所述的利用生物质制备活性炭的方法中，所述步骤一中，所述惰性气体为氦气。
优选的是，所述的利用生物质制备活性炭的方法中，所述步骤三中，在进行反应之前，还将所述生物质焦炭、所述预热空气与造孔剂混合均匀，之后再进行反应，所述造孔剂与所述生物质焦炭的质量比为1∶4～10。
优选的是，所述的利用生物质制备活性炭的方法中，所述步骤三中，所述生物质焦炭与所述预热空气的质量体积比为1∶2～3。
优选的是，所述的利用生物质制备活性炭的方法中，在所述步骤一之前，还包括：
生物质预处理步骤：首先将生物质置于质量体积比为5％～10％的盐水中浸泡12～20h，之后置于体积浓度为30％～60％的乙醇溶液中浸泡5～9h，再然后置于水中浸泡12h之后，最后将所述生物质烘干至水分含量低于5％(w/w)。以去除其中残余的中药成分。
优选的是，所述的利用生物质制备活性炭的方法中，所述盐水与所述生物质的体积比为10～15∶1，所述乙醇溶液与所述生物质的体积比为8～10∶1，所述水与所述生物质的体积比为5∶1。
优选的是，所述的利用生物质制备活性炭的方法中，所述干法粉碎采用气流磨方法，具体步骤包括：首先将生物质活性炭于气流速度300m/s～700m/s和压力0.5MPa～1.0MPa下粉碎2～3遍，之后于气流速度500m/s～900m/s和压力0.8MPa～1.5MPa下粉碎2～3遍。。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明首先将生物质挤压呈块状，易于使得材料进行后续反应时处理比较均匀，反应更加充分；
本发明将生物质首先热解，之后再与预热空气反应制得活性炭，产出价值高，对环境友好。且，具有生产原料来源丰富、资源利用率高、能耗少、工艺流程简单、操作容易控制等优点。
本发明在获得生物质活性炭初级产品后，再通过酸液处理将其中可能存在的杂质成分去掉，以使得纯净的生物质活性炭成品。
本发明制备得到的活性炭具有较高的中孔率和较高的强大，适于用于污染水体的处理。
本发明以生物质为原料制备活性炭，生物质分布广泛，可再生，且资源丰富，使得活性炭的来源丰富且价格低廉，并且本发明的方法对环境友好，步骤简单易操作，适于推广。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供一种利用生物质制备活性炭的方法，包括：
步骤一、首先通过物料成型装置将生物质挤压为1～5cm×1～5cm×1～5cm的块状，之后将生物质置于具有温控功能的管式炉中，在惰性气体保护下于温度700～1100℃下进行热解，得到生物质焦炭；
步骤二、将空气在加压条件20～40MPa下预热至350～380℃，之后再将预热空气加至生物质焦炭的管式炉中；
步骤三、将步骤一中得到的生物质焦炭与预热空气于温度700～1000℃和压力20～40MPa下进行反应，以得到生物质活性炭初级产品；
步骤四、首先将步骤三中得到的生物质活性炭初级产品置于质量体积比为5％～10％的硫酸溶液中，于温度150～200℃下蒸煮3～4h，之后用50～60℃的水清洗直至生物质活性炭初级产品pH至中性，再然后将所述生物质活性炭初级产品干燥，最后采用干法粉碎为粒径小于5μm的粉末，得到活性炭成品。
在上述方案中，作为优选，所述步骤一中，所述惰性气体为氦气。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述步骤三中，在进行反应之前，还将所述生物质焦炭、所述预热空气与造孔剂混合均匀，之后再进行反应，所述造孔剂与所述生物质焦炭的质量比为1∶4～10。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述步骤三中，所述生物质焦炭与所述预热空气的质量体积比为1∶2～3。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，在所述步骤一之前，还包括：
生物质预处理步骤：首先将生物质置于质量体积比为5％～10％的盐水中浸泡12～20h，之后置于体积浓度为30％～60％的乙醇溶液中浸泡5～9h，再然后置于水中浸泡12h之后，最后将所述生物质烘干至水分含量低于5％(w/w)。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述盐水与所述生物质的体积比为10～15∶1，所述乙醇溶液与所述生物质的体积比为8～10∶1，所述水与所述生物质的体积比为5∶1。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述干法粉碎采用气流磨方法，具体步骤包括：首先将生物质活性炭于气流速度300m/s～700m/s和压力0.5MPa～1.0MPa下粉碎2～3遍，之后于气流速度500m/s～900m/s和压力0.8MPa～1.5MPa下粉碎2～3遍。
实施例1
一种利用生物质制备活性炭的方法，包括：
1)生物质预处理步骤：首先将生物质置于质量体积比为10％的盐水中浸泡20h，之后置于体积浓度为60％的乙醇溶液中浸泡9h，再然后置于水中浸泡12h之后，最后将所述生物质烘干至水分含量低于5％(w/w)。所述盐水与所述生物质的体积比为15∶1，所述乙醇溶液与所述生物质的体积比为10∶1，所述水与所述生物质的体积比为5∶1。
2)首先通过物料成型装置将生物质挤压为1cm×1cm×1cm的块状，之后将生物质置于具有温控功能的管式炉中，在惰性气体保护下于温度1100℃下进行热解，得到生物质焦炭；
3)将空气在加压条件40MPa下预热至380℃，之后再将预热空气加至生物质焦炭的管式炉中；
4)将步骤2)中得到的生物质焦炭、造孔剂与预热空气于温度1000℃和压力40MPa下进行反应，以得到生物质活性炭初级产品；所述造孔剂与所述生物质焦炭的质量比为1∶10。所述生物质焦炭与所述预热空气的质量体积比为1∶3。
5)首先将4)中得到的生物质活性炭初级产品置于质量体积比为10％的硫酸溶液中，于温度200℃下蒸煮4h，之后用60℃的水下清洗直至生物质活性炭初级产品pH至中性，再然后将所述生物质活性炭初级产品干燥，最后采用干法粉碎为粒径小于5μm的粉末，得到活性炭成品。所述干法粉碎采用气流磨方法，具体步骤包括：首先将生物质活性炭于气流速度700m/s和压力1.0MPa下粉碎3遍，之后于气流速度900m/s和压力1.5MPa下粉碎3遍。
实施例2
一种利用生物质制备活性炭的方法，包括：
1)生物质预处理步骤：首先将生物质置于质量体积比为5％的盐水中浸泡12，之后置于体积浓度为30％的乙醇溶液中浸泡5h，再然后置于水中浸泡12h之后，最后将所述生物质烘干至水分含量低于5％(w/w)。所述盐水与所述生物质的体积比为10∶1，所述乙醇溶液与所述生物质的体积比为8∶1，所述水与所述生物质的体积比为5∶1。
2)首先通过物料成型装置将生物质挤压为5cm×5cm×5cm的块状，之后将生物质置于具有温控功能的管式炉中，在惰性气体保护下于温度700℃下进行热解，得到生物质焦炭；
3)将空气在加压条件20MPa下预热至350℃，之后再将预热空气加至生物质焦炭的管式炉中；
4)将步骤2)中得到的生物质焦炭、造孔剂与预热空气于温度700℃和压力20MPa下进行反应，以得到生物质活性炭；所述造孔剂与所述生物质焦炭的质量比为1∶4。所述生物质焦炭与所述预热空气的质量体积比为1∶2。
5)首先将步骤4)得到的生物质活性炭初级产品置于质量体积比为5％的硫酸溶液中，于温度150℃下蒸煮3h，之后用50℃的水清洗直至生物质活性炭初级产品pH至中性，再然后将所述生物质活性炭初级产品干燥，最后采用干法粉碎为粒径小于5μm的粉末，得到活性炭成品。所述干法粉碎采用气流磨方法，具体步骤包括：首先将生物质活性炭于气流速度300m/s和压力0.5MPa下粉碎2遍，之后于气流速度500m/s和压力0.8MPa下粉碎2遍。
实施例3
一种利用生物质制备活性炭的方法，包括：
1)生物质预处理步骤：首先将生物质置于质量体积比为7％的盐水中浸泡12～20h，之后置于体积浓度为450％的乙醇溶液中浸泡7h，再然后置于水中浸泡12h之后，最后将所述生物质烘干至水分含量低于5％(w/w)。所述盐水与所述生物质的体积比为12.5∶1，所述乙醇溶液与所述生物质的体积比为9∶1，所述水与所述生物质的体积比为5∶1。
2)首先通过物料成型装置将生物质挤压为3cm×3cm×3cm的块状，之后将生物质置于具有温控功能的管式炉中，在惰性气体氦气保护下于温度900℃下进行热解，得到生物质焦炭；
3)将空气在加压条件30MPa下预热至370℃，之后再将预热空气加至生物质焦炭的管式炉中；
4)将步骤2)中得到的生物质焦炭、造孔剂与预热空气于温度850℃和压力30MPa下进行反应，以得到生物质活性炭；所述造孔剂与所述生物质焦炭的质量比为1∶7。所述生物质焦炭与所述预热空气的质量体积比为1∶2.5。
5)首先将步骤4)得到的生物质活性炭初级产品置于质量体积比为7％的硫酸溶液中，于温度175℃下蒸煮3.5h，之后用55℃的水清洗直至生物质活性炭初级产品pH至中性，再然后将所述生物质活性炭初级产品干燥，最后采用干法粉碎为粒径小于5μm的粉末，得到活性炭成品。所述干法粉碎采用气流磨方法，具体步骤包括：首先将生物质活性炭于气流速度500m/s和压力0.75MPa下粉碎2～3遍，之后于气流速度700m/s和压力1.1MPa下粉碎2～3遍。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。