[發明專利]一種植物基炭材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201310619770.X
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103949209A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 胡拖平;周文霞;安富強;高建峰;陳曦;平偉光
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C10B53/02;B09B3/00
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明屬于炭材料技術領域，涉及一種植物基炭材料及其制備方法。

背景技術

重金屬既可以直接進入水體和土壤造成各類環境要素的直接污染，也可以在水體和土壤中相互遷移，造成各類環境要素的間接污染。由于重金屬不能被微生物降解，在環境中只能發生各種形態之間的相互轉化，所以重金屬污染的消除往往更為困難。例如銅攝入過量，輕則會刺激消化系統，重則在身體中蓄積，會造成溶血性貧血、肝和腎壞死、神經失常、紅細胞破裂，甚至死亡。因此選擇合適的方法去除重金屬離子顯得尤其重要。

現有去除重金屬離子主要的方法有化學沉淀法，氧化還原處理法，溶劑萃取分離法，膜分離法，離子交換處理法，生物處理法等。其中吸附法作為重要的物理化學方法，在重金屬去除方面有著廣泛的應用。而活性炭是最常用的吸附劑。

影響活性炭性質的一個重要因素是原料。常用的制備活性炭的碳質材料包括有機高分子聚合物、植物類和煤及煤的衍生物三大類。其中植物類原料具有成本低、無污染、易得到的優點，而利用廢棄的植物類原料來制備活性炭更具有變廢為寶的優點。

葵花盤作為一種生物質原料有著很高的含氮量，而用提取果膠后的廢棄葵花盤為原料制備炭材料，更可達到變廢為寶的效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以葵花盤為原料制作的植物基炭材料。

本發明的另一個目的在于提供該植物基炭材料的制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種植物基炭材料，是將提取果膠后的葵花盤經過炭化、活化后制得的，其中活化時是使用蒸餾水和濃氨水進行的。

該植物基炭材料的制備方法，步驟為：

（1）原料的處理：將提取果膠后的葵花盤進行洗滌、干燥、粉碎，制得原料；

（2）炭化：將原料置于炭化爐內，在N₂保護條件下從室溫以3℃/min的速率升溫到400℃，再從400℃以1℃/min的速率升到600℃～800℃，制得炭化料；

（3）活化：將炭化料在600℃～800℃條件下活化120min，在N₂保護條件下冷卻至60℃時，即得成品。

進一步地，活化時使用蒸餾水或者濃氨水進行活化。??????本發明在將提取果膠后的葵花盤炭化后，選擇用水蒸氣和濃氨水來活化，以增加成品的比表面積，在炭材料表面引入官能團。將炭化料定義為KH，將經蒸餾水活化制得的成品定義為KH-H₂O，將經濃氨水活化制得的成品定義為KH-NH₃，KH的比表面積比較小，?KH-H₂O和KH-NH₃的比表面積增大，但是?KH-NH₃對Cu²⁺的吸附卻明顯大于800KH-H₂O的。

圖1、2、3分別為KH、KH-H₂O、KH-NH₃三種不同炭材料的孔容-孔徑微分分布曲線，從圖中可以看出，?KH、KH-H₂O和KH-NH₃的孔徑主要集中在2.293nm、1.901nm和1.927nm，表明該種炭材料具有單一的納米微孔結構。

由圖4為KH、KH-H₂O、KH-NH₃的紅外譜圖，從圖中可以看出，三種材料的紅外吸收譜圖基本相似。

圖5為KH-H₂O和KH-NH₃對金屬離子Cu²⁺的吸附動力學曲線，從圖中可以看出KH-H₂O對Cu²⁺吸附達到平衡的時間較快，吸附10?h達到平衡，KH-NH₃吸附Cu^2+?在12?h達到平衡，這主要是因為KH-H₂O對Cu²⁺的吸附主要是孔道的物理吸附，而KH-NH₃對Cu²⁺的吸附除了有孔道的物理吸附還有表面含氮官能團的絡合吸附即化學吸附，其中KH-H₂O和KH-NH₃對Cu²⁺的最大吸附量分別達到79.65mg·g^-1和128.9mg·g^-1。