[發(fā)明專利]一種紫莖澤蘭基高比表面積活性炭的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510057547.X
• 申請(qǐng)日: 2015-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104692380A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏洪應(yīng);程松;張利波;彭金輝;王仕興;劉秉國(guó);許磊;張聲洲;周朝金
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/12
• 分類號(hào): C01B31/12
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種紫莖澤蘭基高比表面積活性炭的制備方法，屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

活性炭作為一種性能優(yōu)良的多孔材料被廣泛地應(yīng)用于諸多的工業(yè)領(lǐng)域,例如氣相/液相的分離/純化,廢水處理,催化劑載體,超級(jí)電容器,能源儲(chǔ)存等。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，活性炭的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛、需求量也越來(lái)越大，此外對(duì)活性炭本身的質(zhì)量也要求越來(lái)越高。

原產(chǎn)于墨西哥的紫莖澤蘭屬多年生草本植物，又名解放草、飛機(jī)草、黑頭草、大毒草、飛花草等。由于其快速的繁殖力和極強(qiáng)的適應(yīng)力，目前已廣泛分布于30多個(gè)國(guó)家的熱帶地區(qū)，是一種名副其實(shí)的世界性的惡性雜草。在我國(guó)，紫莖澤蘭以每年10至20公里的速度由西南向東北輻射，對(duì)我國(guó)的生態(tài)平衡和物種多樣性造成了難以恢復(fù)的破壞，已被我國(guó)列入首批外來(lái)入侵物種，并排在第一位。因此，已有眾多的學(xué)者對(duì)紫莖澤蘭進(jìn)行研究，各種防除措施也在不斷擴(kuò)展，但并沒(méi)有取得良好效果，要想控制紫莖澤蘭的蔓延，除了積極防治措施外，更重要的是對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，變害為寶。且隨著日益凸顯的能源危機(jī)、環(huán)境惡化等問(wèn)題，生物質(zhì)能源已成為當(dāng)今國(guó)際上新能源的研發(fā)熱點(diǎn)。

本發(fā)明以炭化質(zhì)量高收率較高的紫莖澤蘭為原料，降低活性炭的生產(chǎn)成本，減輕環(huán)境污染，做到了變害為寶，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了自然資源的綜合利用，且在活化過(guò)程中采用的是微波加熱方式，極大地降低了能源消耗，極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有良好的環(huán)境、能源和社會(huì)效益。生產(chǎn)出來(lái)的活性炭的比表面積高且富含微孔、吸附能力強(qiáng)、灰分較低，可作為超級(jí)電容器得電極材料。這就為有效解決紫莖澤蘭對(duì)我國(guó)的生態(tài)平衡和物種多樣性造成破壞這一突出環(huán)境問(wèn)題提供了一個(gè)切實(shí)可行的方法。

申請(qǐng)人在專利號(hào)為201110215502.2的專利里，公開(kāi)了“一種利用紫荊澤蘭制備活性炭的方法”，這種方法是將紫莖澤蘭烘干破碎后用氯化鋅溶液浸泡，然后在550℃微波加熱20min制備得到粉末狀紫莖澤蘭活性炭。上述發(fā)明與本發(fā)明相比，本發(fā)明微波加熱減少了10~30%的時(shí)間，此外加熱前后期處理效率也更高。最重要的是上述方法制備的活性炭的比表面積只有1327.26m²/g，而本發(fā)明通過(guò)改善制備工藝，采取氫氧化鉀二氧化碳聯(lián)合活化及物料底部吹二氧化碳協(xié)同超聲波處理方式所制備的活性炭的比表面積高達(dá)4315?m²/g，是上述方法的三倍多。

申請(qǐng)人在專利號(hào)為200510011001.7的專利里，公開(kāi)了“一種資源化紫莖澤蘭的方法”，這種方法是將紫莖澤蘭破碎和碳酸鉀或氯化鋅固體混合，進(jìn)行超聲波處，然后微波加熱得到產(chǎn)品。本發(fā)明通過(guò)改變相關(guān)工藝環(huán)節(jié)，采用底部吹二氧化碳聯(lián)合氫氧化鉀活化，制備得到比表面積高、得率高、微孔率高的活性炭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于一種紫莖澤蘭基高比表面積活性炭的制備方法，以紫莖澤蘭為原料，采用往炭化料底部吹CO_2-的方式制備高比表面積的活性炭（碘值為100mg/g）；該方法做到了變害為寶，實(shí)現(xiàn)了自然資源的綜合利用，有利于緩解資源與環(huán)境的壓力，具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，具體包括以下步驟：

（1）將紫莖澤蘭在80℃干燥25~45min去除水分，然后以5~15℃/min的升溫速率升至400~500℃，保溫炭化30~40?min，隨爐冷卻后取出，將炭化料破碎至600-1000目作為活化原料，備用；

（2）按質(zhì)量比為1:2~1:4的比例將步驟（1）得到的碳化后的竹材與KOH混合均勻裝入反應(yīng)容器中，然后放入微波裝置（微波功率5~10?kW）中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行微波加熱14~18min；

（3）在微波加熱到8~10min時(shí)連通反應(yīng)容器底部的導(dǎo)管吹入5~8?min吹入CO₂，同時(shí)開(kāi)啟超聲波發(fā)生器（功率為100~300?W），加熱完畢后關(guān)閉微波裝置和超聲波發(fā)生器，將物料轉(zhuǎn)移至裝有自來(lái)水的燒杯中進(jìn)行水洗，然后過(guò)濾，得濾液和濾渣；

（4）從濾液中回收殘留的KOH，用鹽酸洗滌濾渣1~2次，并對(duì)酸洗后濾渣采用自來(lái)水洗滌至洗滌液pH值為6~7，最后所得濾渣在105~115℃下干燥1~2h，即得到表面積活性炭。

本發(fā)明以紫莖澤蘭為原料，紫莖澤蘭材質(zhì)疏松，密度低，揮發(fā)份高本方法制備的高比表面積活性炭具有微孔多、質(zhì)軟、高吸附性等特征；主要用于廢水、空氣高的效凈化，煙氣的脫硫脫臭，空氣濾網(wǎng)，室內(nèi)空氣的高效凈化，各種場(chǎng)所高效除臭去毒等領(lǐng)域。此外由于其本身有各種豐富的有機(jī)物，所以其在活化過(guò)程中形成苯環(huán)、芳香族類等多種官能團(tuán)，可有效用于汽車(chē)尾氣排放和燃料系統(tǒng)揮發(fā)出來(lái)的汽油等有機(jī)物的吸附收集，以及溶劑回收等領(lǐng)域。