[发明专利]用玉米穗轴制备活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭的制备方法，特别是涉及一种用玉米穗轴制备活性炭的方法。

背景技术

活性炭具有独特的孔隙结构和表面官能基、足够的化学稳定性、机械强度及耐酸、耐碱、耐热等性能，广泛用于工业三废治理、溶剂回收、食品饮料提纯、载体、医药、黄金提取、半导体应用、电池和电能贮存等领域，目前全世界每年约消耗120万吨。活性炭的原材料主要是不可再生或昂贵的资源，如煤和木材等，因此，国内外学者一直在寻找更加经济易得的原材料来制备活性炭。

我国是世界第一农业大国，农林副产品的废弃物尤其丰富，这为我国的活性炭产业提供了充足的原料来源，玉米是我国的三大农作物之一，相应产生的玉米穗轴数量巨大，2010年我国的玉米种植面积达3000万公顷，预计玉米产量将达到1.68亿吨，按100kg玉米产生18kg玉米穗轴估算，仅2010年就将产生约3000万吨的玉米穗轴。玉米穗轴传统的处置方法主要是焚烧，这不仅造成了严重环境污染、大量的碳排放，也是对资源的巨大浪费。

活性炭的生产工艺主要分为物理活化法和化学活化法。物理活化法是依次通过炭化和活化两步完成活性炭的制备。化学活化法是将炭化和活化一步完成，且炭化的温度也较物理活化法的低，还能改善活性炭的孔隙并提高活性炭的产率。整体而言，使用化学活化制备的活性炭较优于物理活化法，更具有商业价值.

目前，国内外化学活化法生产活性炭的工艺是将制备原料与活化剂混合，后经干燥、炭化、活化而完成。现有工艺中的混合通常采用浸渍混合，即在一定温度下将原料浸渍于活化剂溶液中一段时间，这种浸渍混合法存在耗时长、能耗大和需要消耗大量水等缺点，且在微波加热过程中会产生大量气体对设备造成腐蚀。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能耗低、污染小、生产成本低的用玉米穗轴制备活性炭的方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种玉米穗轴制备活性炭的方法，具有以下步骤：①将玉米穗轴在100℃～120℃的温度下烘干20h～30h；②将烘干后的玉米穗轴破碎至粒径为0.4mm～0.8mm，得到玉米穗轴颗粒；③将玉米穗轴颗粒与碳酸钠粉末按照1∶1～1∶3的重量比混合，得到混合物料；④将混合物料置于微波炉中进行炭化和活化，微波辐照功率为200W～700W，微波辐照时间为5min～10min；⑤将活化后的混合物料依次进行酸洗、水洗、烘干、研磨得到活性炭。

上述步骤③中所述的碳酸钠粉末的粒径为80目～100目。

上述步骤④中所述的微波辐照功率为280W～600W，微波辐照时间为7min～9min。

上述步骤⑤中所述的酸洗是用体积比为1∶10的盐酸在80℃～100℃下煮20min～40min。

上述步骤⑤中所述的水洗是用蒸馏水将酸洗后的物料漂洗至pH为6.5～7.5。

本发明具有的积极效果：（1）本发明采用干法混合制备活性炭，即将原料与活化剂固体粉末在无水条件下直接混合，省去活化剂溶液的配制和干燥等环节，具有节约用水、降低能耗、工艺简单等优点。（2）本发明采用的活化剂为价格低廉、环保的碳酸钠，一方面克服了传统活化剂ZnCl₂、H₃PO₄等对环境污染，另一方面降低了生产成本。（3）本发明采用微波辐照技术进行炭化、活化，不仅周期短、能耗低、易于控制，而且可改善活性炭的性能。（4）本发明通过控制活化剂与原材料的比、微波辐照功率、微波辐照时间等制得吸附性能优良的活性炭，该法所制得的活性炭比浸渍混合制得的活性炭比表面积大，吸附性能更好。

具体实施方式

（实施例1）

本实施例的活性炭的制备方法具有以下步骤：

①将取自南京地区的经自然风干的玉米穗轴在108℃的温度下烘干24h。

②将烘干后的玉米穗轴破碎至粒径为0.6mm左右，得到玉米穗轴颗粒。

③取10g的玉米穗轴颗粒与20g的作为活化剂的粒径为100目的碳酸钠粉末直接混合，得到混合物料。

④将混合物料置于微波炉中在280W的微波辐照功率下炭化、活化9min。

⑤将活化后的混合物料先用体积比为1∶10的盐酸（是指36wt%的浓盐酸的体积与水的体积之比）在90℃下煮30min，然后用蒸馏水漂洗至pH为7，再在120℃的温度下烘干，最后研磨至200目得到活性炭。该活性炭的碘吸附值为1575mg/g，比表面积高达2012m²/g。

（实施例2）

本实施例的活性炭的制备方法具有以下步骤：