利用糠醛废渣制备高吸附性活性炭的方法与流程

本发明涉及一种高吸附性活性炭的制备方法，尤其涉及一种利用糠醛渣制备高吸附性活性炭的方法。

背景技术：

张掖是西北最大的玉米制种基地之一，有大型化工厂以玉米芯为原料制备糠醛，但生产一吨糠醛将产生十吨以上的糠醛湿渣，大量的糠醛渣长期露天堆放，造成环境污染。如果用糠醛渣直接作为低级燃料，但因渣中含少量硫酸，会腐蚀锅炉，大部分作为废物丢弃，从而造成糠醛渣利用率较低。糠醛渣主要成分为多戊糖、纤维素、木质素，其碳素含量在40%以上，是制备活性炭的极好原料，故利用糠醛废渣来制备高吸附性粉状活性炭，不仅可以避免对环境的污染，而且还可以实现废物的回收利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用糠醛渣制备高吸附性活性炭的方法。

本发明利用糠醛渣制备高吸附性活性炭的方法，是先将糠醛渣水洗，筛选、干燥后以1:1.5~1:3的质量固液比浸于质量浓度50~65%磷酸溶液中20~50min（以磷酸为活化剂进行活化反应以便形成孔隙很多的活性炭），取出干燥后先于350~500℃下炭化0.5~2h，再于650~800℃活化0.5~2h以进一步扩大孔径；然后将经煅烧活化后的糠醛渣水煮30~40min以回收磷酸；回收磷酸干燥后的糠醛渣经酸洗（除去铁化合物），漂洗（加碱中和酸除去氯根，并用热水反复洗涤使达到规定标准。），干燥，研磨，过160目筛，即得活性炭产品。

所述酸洗是采用质量浓度15~30%的盐酸溶液漂洗20~80min。

图2为本发明制备的活性炭电镜图片。由图2可见，活性炭表面结构多孔蓬松，孔隙结构发达，是一种多几何形体结构，且分布着众多孔隙。从图2中还可以明显看到，活性炭的多孔特征：图中的颜色较深部分是活性炭的孔隙，孔的大小约为几微米至几十微米，这样的孔隙结构使得其拥有良好的吸附性能。

二、活性炭对亚甲基蓝的吸附实验

亚甲基蓝是一种生物染色素，在水溶液中很稳定，因此选取亚甲基蓝作为活性炭的模型吸附化合物比较合适。实验表明，当用分光光度计在662nm波长处进行测定时，浓度和吸光度呈现优良的线性关系。因此，可利用亚甲基蓝被活性炭吸附前后，溶液颜色的变化，通过分光光度法来测定活性炭的吸附量，从而表明活性炭的吸附能力。以产率、亚甲基蓝吸附值为考察评价指标的正交实验正交实验设计见表1：

通过对上述正交实验的数据分析可得：随着固液比的增大亚甲基蓝吸附值是先增后减，而活性炭的产率是先减后增，随着固液比的增大生产成本也随之增高，另外产品的强度也会随之下降。因此，选取固液比为1:2.5为宜；磷酸浓度为60%时，活性炭对亚甲基蓝吸附值达到最大值，但活性炭的产率较低，随着磷酸浸泡时间的延长亚甲基蓝的吸附值也增大，但浸泡时间在30~40min之间时，亚甲基蓝吸附值都有所下降，浸泡时间大于40min时，亚甲基蓝吸附值迅速上升，考虑亚甲基蓝吸附值和产率两个指标。故磷酸浓度以60%，浸泡时间选取50min为宜；炭化温度和炭化时间均对亚甲基蓝吸附值有影响，随着炭化时间的延长，活性炭产率整体呈下降趋势，根据亚甲基蓝吸附值和产率两个指标，炭化的最佳温度应选在450℃，炭化的时间应该为1.5h；活化温度为700℃时，亚甲基蓝吸附值最大，且活性炭的产率最高。因此，选取700℃作为活化温度；随着活化时间的延长，亚甲基蓝吸附值不断增加，活性炭产率整体呈下降趋势，活化时间为1.5h时，亚甲基蓝吸附值最大，但活性炭产率较低，活化时间为0.5h时，活性炭产率最大，但亚甲基蓝吸附值较低。考虑亚甲基蓝吸附值和产率两个指标。因此，选取0.5h作为活化时间较为适宜；随着盐酸浓度的增大，亚甲基蓝吸附值和活性炭产率先增加后降低，盐酸浓度为25%时，都达到最大值，随着漂洗时间的延长亚甲基蓝吸附值不断增加，活性炭产率不断减少，根据亚甲基蓝吸附值和产率两个指标。因此，选取盐酸浓度为25%为宜，漂洗40min为最佳。

下面对影响活性炭对亚甲基蓝浓度吸附性能的因素进行分析说明。

图3不同浓度下活性炭对亚甲基蓝的吸附。由图3可知，随着亚甲基蓝浓度的增大，吸附量在增大，但去除率在减小。且随着亚甲基蓝浓度的增加去除率减小的越快。

图4为不同质量活性炭对亚甲基蓝的吸附。由图4可知，随着活性炭质量的逐渐增大，吸附量也逐渐增大，但去除率却有明显的减小，而且活性炭用量增多时，会使溶液变浑浊，从而影响溶液的浑浊度指标，并易使比色测定误差增大。

图5为不同时间下活性炭对亚甲基蓝的吸附。由图5可知，随着吸附时间的延长，吸附量和去除率都逐渐增大。当吸附时间达到40min后，吸附趋于平衡。对于亚甲基蓝的去除率达到96%以上，吸附量达到215mg/g。

图6为不同温度下活性炭对亚甲基蓝的吸附。由图6可知，随着温度的升高，吸附量和去除率均逐渐增大，但温度超过40℃以后，随着温度的升高，吸附量和去除率均反而减小。

图7为不同转速下活性炭对亚甲基蓝的吸附。由图7可知，随着转速的提高，吸附量和去除率都逐渐增大，但转速超过40r/min以后，随着转速的提高，吸附量和去除率逐渐减小。

图8为不同ph下活性炭对亚甲基蓝的吸附。由图7可知，随着ph的增大，吸附量逐渐减少，但见效的比较缓慢。当ph大于7时，随着ph的增大，吸附量的快速减小。

通过上述分析可知，在亚甲基蓝浓度浓度在42mg/ml。温度40℃，离心40min转速为40r/min，ph为7时，吸附时间40min，活性炭对亚甲基蓝的最大吸附值达到225.1mg/g。而在相同条件下，分析纯活性炭对亚甲基蓝的最大吸附值为215mg/g。

图9为本发明制备的活性炭对亚甲基蓝的等温吸附线：y=98.7375e(x/0.00222)，r²=0.99719。

由表1和图9看出，在温度40℃，离心40min转速为40r/min,ph为7时，分析纯活性炭对亚甲基蓝的最大吸附值为215mg/g,在相同条件下，我们制备的活性炭对亚甲基蓝的最大吸附值达到225.1mg/g。

附图说明

图1为活性炭的合成路线。

图2为的活性炭电镜图片。

图3不同浓度下活性炭对亚甲基蓝的吸附。

图4不同质量活性炭对亚甲基蓝的吸附。

图5不同时间下活性炭对亚甲基蓝的吸附。

图6不同温度下活性炭对亚甲基蓝的吸附。

图7不同转速下活性炭对亚甲基蓝的吸附。

图8不同ph下活性炭对亚甲基蓝的吸附。

图9为本发明制备的活性炭的吸附等温线。

具体实施方式

实施例1

取一定量的糠醛渣，经水洗，筛选、干燥后，以1:2的固液质量比，浸于质量浓度65%磷酸溶液中50min，干燥后置于炉中，在450℃炭化0.5h后继续升温至700℃活化1h；然后用水煮40min以回收磷酸（浓缩）；回收磷酸干燥后的糠醛渣用15%的盐酸漂洗20min，干燥，研磨，过160目筛，即得活性炭产品。收率为43.69%。该活性炭对亚甲基蓝的最大吸附值达到222.3mg/g。

实施例2

取一定量的糠醛渣，经水洗，筛选、干燥后，以1:3的固液质量比，浸于质量浓度65%磷酸溶液中30min，干燥后置于炉中，在450℃炭化0.5h后继续升温至750℃活化0.5h；然后用水煮40min以回收磷酸（浓缩）；回收磷酸干燥后的糠醛渣用20%的盐酸漂洗80min，干燥，研磨，过160目筛，即得活性炭产品。收率为47.99%.该活性炭对亚甲基蓝的最大吸附值达到213.3mg/g。