一种以生物质为原料制备活性炭的方法及其制备的活性炭与流程

本发明涉及活性炭制备技术领域，尤其涉及的是以废弃纸屑为碳源制备活性炭的方法。

背景技术：

我国生物质资源丰富，但是大量生物质却被直接废弃，无法得到有效利用，造成资源的严重浪费，而且给环境带来污染，因此如何高效的利用生物质资源已经成为国家和社会严重关切的问题。纸屑是生物质的一种，在生活、办公和教育等方面每年产生大量废纸和废弃书本，目前主要是以焚烧供能的处理方式，这种粗放的处理方式造成空气污染和资源的严重浪费，本专利可以有效的提高纸屑的附加价值。因纸屑中纤维素含量丰富高达85％～93％，经简单处理就可以制成凝胶，进而制备高比表面积活性炭材料。近年来，生物质炭化转化为活性炭技术在环境保护方面存在特有的优势，引起社会的广泛关注，中国专利cn106145109a，名称为“利用生物质制备活性炭的方法”，研究生物质经过物理预处理、惰性气体下热解和空气下热解制备活性炭。中国专利cn104445195a，名称为“利用龙眼核制作生物质粉末活性炭”，将龙眼物理预处理，活化剂浸泡，高温活化等步骤制作活性炭材料。中国专利cn105664849a，名称为“一种以山核桃壳-玉米秸秆为原料制备混合基生物质活性炭的方法”，将山核桃壳与玉米秸秆按比例混合经过炭火活化等步骤制得活性炭材料。以上方法是目前在实验室和工业生产中普遍使用，但是其制备的活性炭产品的比表面积有待提高，方法有待改进。

生物质活性炭在水体污染物和挥发性有机化合物吸附方面有重要应用。这主要归因于活性炭拥有发达的空隙结构，超大的比表面积，在吸附性过程中库层阻力小，化学性能稳定。除此之外，生物质活性炭经过简单加工易再生，能够被循环利用，因此在多个领域被广泛应用，如高纯度的生活用水的净化，工农业废水深度脱色、除臭、重金属吸附，化学挥发气体吸附等。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种以生物质为原料制备活性炭的方法及其制备的活性炭。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种以生物质为原料制备活性炭的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、将生物质在100℃下烘干6小时去除水分，后粉碎处理过80目筛待用；

步骤二、取粉碎后的生物质置于质量分数为65％～80％的氯化锌溶液中快速搅拌1～5min分钟，得到透明凝胶状中间产物；

步骤三、在氮气保护中将所述透明凝胶状中间产物置于管式炉中，在600-1000℃高温下进行热解活化，获得碳化产物；

步骤四、对碳化产物使用15％稀盐酸洗液进行清洗，再使用沸水淋洗至中性，置于80℃烘箱中6h获得活性炭。

作为对上述方案的进一步改进，所述生物质的纤维素含量不低于85％。

作为对上述方案的进一步改进，所述生物质选用废旧纸屑或棉花。

作为对上述方案的进一步改进，所述步骤二中搅拌速度为350～400r/min，搅拌时间为1～5min。

作为对上述方案的进一步改进，所述步骤二中，所述氯化锌溶液与粉碎后的生物质的用量比是每3ml氯化锌溶液中投加1g粉碎后的生物质。

作为对上述方案的进一步改进，所述步骤三中，使用管式炉进行加热，高温热解活化热处理的时间为1h～4h，管式炉的升温速率为1～10℃/min，管式炉内氮气的气体流量为30～90ml/min。

作为对上述方案的进一步改进，所述步骤四中，酸洗液选用15％的稀盐酸。

作为对上述方案的进一步改进，所述步骤三中，管式炉出气口连接氯化锌处理回收装置，所述氯化锌处理回收装置由水槽和漏斗组成，管式炉一端通入保护气体，另一端与漏斗的尾部连接，漏斗倒扣于水槽中，水槽中盛放去离子水，所述漏斗的口沿位于液面以下8～15mm。

本发明还提供一种活性炭，该活性炭是使用上述任一种以生物质为原料制备活性炭的方法制备得到的。

本发明相比现有技术具有以下优点：以生物质废弃纸屑或者棉花为原料，纸屑和棉花纤维素含量高达85％～94％，是制备高品质凝胶中间体的理想原料，而凝胶又可以制备超高比表面积活性炭材料，且纸屑丰富廉价，以纸屑为原料制备活性炭既可以保护环境降低污染，又可以进行废物再利用；采用快速搅拌螯合作用获得透明凝胶，经高温热解活化处理后，能够破坏凝胶中的组织结构，在凝胶表面及内部形成大量孔洞结构；本实验添加尾气处理，可以实现氯化锌的回收再利用，减少成本，减少对环境污染；通过本方案制作的活性炭，比表面积高达3000m²/g，孔径包括中孔、微孔和介孔，孔洞结构丰富，在电化学和吸附领域有重要应用，且工艺简单，有重要的工业应用价值

附图说明

图1是实例3制备的活性炭的扫描电子显微图像。

图2是实例3制备的活性炭的透射电子显微图像。

图3是实例4制备的活性炭的扫描电子显微图像。

图4是实例4制备的活性炭的透射电子显微图像。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种以生物质为原料制备活性炭的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、选废旧纸屑在100℃下烘干6小时去除水分，后粉碎处理过80目筛待用；

步骤二、取粉碎后的生物质置于质量分数为65％的氯化锌溶液中快速搅拌1分钟，得到透明凝胶状中间产物。搅拌速度为350r/min，搅拌时间为1min。步骤二中的反应为活化剂螯合作用，需要快速搅拌以实现凝胶状中间产物快速形成且质地均匀。氯化锌溶液与粉碎后的生物质的用量比是每3ml氯化锌溶液中投加1g粉碎后的生物质。

步骤三、在氮气保护中将所述透明凝胶状中间产物置于管式炉中，在600℃高温下进行热解活化，获得碳化产物；使用管式炉进行加热，高温热解活化热处理的时间为4h，管式炉的升温速率为1℃/min，管式炉内氮气的气体流量为30ml/min。管式炉出气口连接氯化锌处理回收装置，所述氯化锌处理回收装置由水槽和漏斗组成，管式炉一端通入保护气体，另一端与漏斗的尾部连接，漏斗倒扣于水槽中，水槽中盛放去离子水，所述漏斗的口沿位于液面以下8mm。漏斗倒扣放置既可以增加氯化锌蒸气与液体的接触面积从而使氯化锌蒸气充分快速吸收，又可以防止液体倒吸，氯化锌在室温下去离子水中的溶解度为

432g/100g，是理想的廉价吸收剂。该装置能够实现氯化锌的回收再利用，减少成本并防止氯化锌蒸气对环境的污染。

步骤四、对碳化产物使用15％稀盐酸洗液进行清洗，再使用沸水淋洗至中性，置于80℃烘箱中6h获得活性炭。酸洗液选用15％的稀盐酸。

实施例2

一种以生物质为原料制备活性炭的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、选棉花在100℃下烘干6小时去除水分，后粉碎处理过80目筛待用；

步骤二、取粉碎后的生物质置于质量分数为80％的氯化锌溶液中快速搅拌5min分钟，得到透明凝胶状中间产物。搅拌速度为400r/min，搅拌时间为5min。步骤二中的反应为活化剂螯合作用，需要快速搅拌以实现凝胶状中间产物快速形成且质地均匀。氯化锌溶液与粉碎后的生物质的用量比是每3ml氯化锌溶液中投加1g粉碎后的生物质。

步骤三、在氮气保护中将所述透明凝胶状中间产物置于管式炉中，在1000℃高温下进行热解活化，获得碳化产物；使用管式炉进行加热，高温热解活化热处理的时间为1h，管式炉的升温速率为10℃/min，管式炉内氮气的气体流量为90ml/min。管式炉出气口连接氯化锌处理回收装置，所述氯化锌处理回收装置由水槽和漏斗组成，管式炉一端通入保护气体，另一端与漏斗的尾部连接，漏斗倒扣于水槽中，水槽中盛放去离子水，所述漏斗的口沿位于液面以下15mm。漏斗倒扣放置既可以增加氯化锌蒸气与液体的接触面积从而使氯化锌蒸气充分快速吸收，又可以防止液体倒吸，氯化锌在室温下去离子水中的溶解度为432g/100g，是理想的廉价吸收剂。该装置能够实现氯化锌的回收再利用，减少成本并防止氯化锌蒸气对环境的污染。

步骤四、对碳化产物使用15％稀盐酸洗液进行清洗，再使用沸水淋洗至中性，置于80℃烘箱中6h获得活性炭。酸洗液选用15％的稀盐酸。

实施例3

一种以生物质为原料制备活性炭的方法，取纸屑置于100℃烘箱干燥6小时除去水分，然后将其粉碎过80目筛待用。取4g粉碎后的纸屑置于100ml的烧杯中，加入12ml质量分数为百分之七十的氯化锌溶液，在400r/min搅拌速度下快速搅拌2min，得到透明凝胶中间产品。将上述透明凝胶中间产品置于瓷舟中放到管式炉中部，在氮气保护下热解，管式炉出气口连接氯化锌处理回收装置。管式炉升温速率为5℃/min，升温至800℃，热处理3h，氮气气体流量为30ml/min，当反应结束后分别取出管式炉中样品和氯化锌处理回收装置中的溶解液，管式炉中样品用质量分数为15％的稀盐酸酸洗后用沸水反复淋洗至中性，然后置于100℃烘干样品，得到超高比表面积活性炭，氯化锌处理回收装置中的溶解液先抽滤除去大颗粒杂质，然后置于100℃烘箱直至溶剂完全挥发得到氯化锌回收产品。

实施例4

一种以生物质为原料制备活性炭的方法，首先取棉花置于100℃烘箱干燥6小时除去水分。取4g烘干后的纸屑置于100ml的烧杯中，加入12ml质量分数为百分之七十的氯化锌溶液，在400r/min搅拌速度下快速搅拌2min，得到透明凝胶中间产品。将上述透明凝胶中间产品置于瓷舟中放到管式炉中部，在氮气保护下热解，管式炉出气口连接氯化锌处理回收装置。管式炉升温速率为5℃/min，升温至800℃，热处理3h，氮气气体流量为30ml/min，当反应结束后分别取出管式炉中样品和氯化锌处理回收装置中的溶解液，管式炉中样品用质量分数为15％的稀盐酸酸洗后用沸水反复淋洗至中性，然后置于100℃烘干样品，得到超高比表面积活性炭，氯化锌处理回收装置中的溶解液先抽滤除去大颗粒杂质，然后置于100℃烘箱直至溶剂完全挥发得到氯化锌回收产品。

实施例5

一种活性炭，其特征在于：所述活性炭是使用实施例1至4中任一种以生物质为原料制备活性炭的方法制备得到的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。