[發明專利]一種活性炭的制備方法

有效

• 申請號: 201010560012.1
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN102134069A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 吳真;黃之文
• 申請（專利權）人: 安徽豐原發酵技術工程研究有限公司
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08;C01B31/12
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王加嶺;張慶敏

技術領域

本發明屬于生物化工技術領域，具體地說，涉及一種利用秸稈類木質纖維素降解殘渣制備活性炭的方法。

背景技術

木質纖維素資源廣泛存在于自然界中，作為可再生資源，其可用于化工或能源領域。然而迄今為止，木質纖維素資源的利用率還相當低，只有少部分被用作造紙原料、飼料和制備化學品。傳統的木質纖維素資源利用途徑比較單一，除了還田外，主要利用途徑是燃燒、氣化和水解。

利用木質纖維素資源可制備活性炭產品。如利用玉米芯制備糠醛會產生大量的殘渣，如果這些殘渣得不到妥善處理，不僅會對環境造成污染，還會造成巨大的浪費。利用這些殘渣生產活性炭，既可以產生經濟效益，又可以減少環境污染。

活性炭的制備一般包括兩個步驟：第一步是在CO₂或蒸汽或兩者混合氣體環境中含碳原料的高溫(一般低于800℃)碳化；第二步是焦炭的活化，又分為物理法及化學法。在化學法活化過程中，化學活化劑既作為脫水劑又作為氧化劑，脫水和氧化兩個步驟同時進行。化學法活化有許多優點，首先碳化與活化同時進行，減少了實驗步驟；其次活化溫度較低，有利于形成多孔結構。再次，許多化學活化劑(如鋅鹽類及磷酸)易于回收再利用。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用秸稈類木質纖維素降解殘渣制備活性炭的方法。

為了實現本發明目的，本發明的一種活性炭的制備方法，包括步驟：1)堿法處理秸稈類木質纖維素；2)酶解步驟1)得到的殘渣；3)利用步驟2)得到的酶解殘渣制備活性炭。其中，步驟3)為：在高溫條件下利用化學活化劑對酶解殘渣進行活化，制備活性炭產品。

上述步驟1)中，堿法處理條件為：堿濃度0.1％～5.0％，固液重量體積比為1∶4～10，時間0.5～5h，所用堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液；步驟2)中酶解條件為：酶用量為10～40FPIU/克底物，pH在4.5～5.2，溫度在46～50℃，酶解時間在24～72h。所用酶為纖維素酶和木聚糖酶；酶解殘渣中(干基計)：纖維素含量為35～40％，半纖維素含量為20～25％，木質素含量20～25％，灰分含量為10～25％。

步驟3)中所用化學活化劑為ZnCl₂、KOH、H₃PO₄或K₂CO₃等溶液，優選活化劑的濃度為50～500g/L，用量為0.1～2.0L/kg酶解殘渣。

高溫活化反應條件為：活化溫度400～900℃，活化時間10～120min。活性炭產品的得率為15～25％，亞甲基藍吸附值為10.0～20.0mL，碘吸附值為1000～1500mg/g，達到了國家一級品標準(GB/T13803.1-1999和GB/T13803.2-1999)的要求。

上述方法可用于玉米秸稈、小麥秸稈、高粱秸稈或稻草秸稈木質纖維素降解殘渣的活性炭制備。

本發明采用H₃PO₄、ZnCl₂、KOH、K₂CO₃等作為化學活化劑，是因為它們作活化劑時，具有以下特點：

(1)采用H₃PO₄作為活化劑：由于H₃PO₄是一種中強酸，具有脫水性，它能將廢渣中的部分纖維素分子的復合體溶解，加熱活化時，H₃PO₄作為電子對供體和受體中心參與纖維素分子間鍵的斷裂，形成鏈狀纖維素分子，極易環構化形成縮合苯環平面狀結構，進一步縮合成三維網狀結構，從而形成微孔、中孔、過度孔發達的縮聚碳。因此其焦糖脫色能力較佳。

(2)采用ZnCl₂作為活化劑：由于ZnCl₂能溶解纖維素，其機理是ZnCl₂能作為電子對的供體和受體中心與纖維素復合體的-OH基發生作用，導致纖維素分子間的鏈的斷裂。

(3)采用KOH、K₂CO₃作活化劑：由于將含碳原料以熔融的無水KOH處理(K₂CO₃在升溫過程中也會水解成KOH)，劇烈的反應將產生多孔的活性炭產品，比表面積可高達3000m²/g。