[发明专利]一种介孔活性炭的制备方法

说明书

技术领域    

本发明涉及一种通过典型马铃薯淀粉加工工艺过程产生的大宗固体废弃物即以马铃薯薯渣为原料制备介孔活性炭的方法。

背景技术   

马铃薯渣是在马铃薯淀粉生产过程中，产生的一种化学成分包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、游离氨基酸、寡肽、多肽和灰分的加工副产物。不同方式干燥后的马铃薯薯渣大致组分为:淀粉20%～50%，膳食纤维30%～60%，蛋白质4%～8%，脂肪0.4%～1%，灰分1%~5%, 水分5%～15%。在淀粉加工企业，马铃薯薯渣通常被作为饲料和废渣处理。简单的饲料加工存在附加值较低的问题，并且由于生产季节集中，薯渣量巨大，大量堆积的薯渣不仅占地严重，而且腐败后产生的恶臭，常成为加工企业周边的环境污染源头和潜在生态危害。需要反思的是，马铃薯薯渣含有大量的纤维素、半纤维素和淀粉等可利用成分，具有很高的开发利用价值，但迄今为止却没有以其为原料的高附加值衍生产品出现。因此，马铃薯薯渣的资源化利用和开发越来越受到了研究人员和广大生产企业的密切关注。

基于马铃薯薯渣中含有的如淀粉、膳食纤维和蛋白质等在内的多种营养物质组份的存在，研究人员对薯渣的研究常表现在对其营养成分的利用上面，分为以下几个方面:

一是作为微生物的发酵底物，利用固态或半固态的方法发酵生产单细跑蛋白(SCP)。这方面的例子有公开号为CN 1480057A的将马铃薯渣转化为高蛋白饲料的方法；公开号为CN 1899079A的利用马铃薯渣进行固态发酵制备蛋白饲料的方法；授权号为CN 101283730 B的马铃薯薯渣液态发酵生产单细胞蛋白的工艺方法；二是作为原料从中提取膳食纤维或加以改性。例如，授权号为100536687 C的一种来源于马铃薯渣的膳食纤维的制备方法；公开号为CN 101313 758A的一种马铃薯渣的改性方法及应用；公开号CN 101715946 A的从马铃薯渣中提取膳食纤维的方法；公开号为CN 101912108 A的利用马铃薯薯渣提取制备膳食纤维的方法和公开号为CN 101948895 A一种马铃薯薯渣资源化开发利用新方法；三是从中提取果胶。例如，公开号为CN 101891840 A的利用马铃薯薯渣提取果胶的方法。除此以外，还有利用马铃薯薯渣生产乙醇的方法。例如，公开号为CN 101487 028A的一种马铃薯渣生产乙醇的方法和公开号为CN 10167639 2A的热能自给的薯渣生料制燃料乙醇生态循环工艺。以及制备可食性包装膜的专利出现。例如，公开号为CN 101456979A的利用马铃薯薯渣制备的可食性包装膜及制备方法和公开号为CN 102153783A的利用竣甲基化马铃薯薯渣制备的可食性包装。

而且，典型的马铃薯淀粉加工工艺中通过锉磨机和高速离心筛实现的锉磨技术和高速离心技术保证了马铃薯薯渣在与淀粉乳高效分离后，成为制备介孔活性炭类纳孔材料的优良原料。

迄今为止，利用马铃薯薯渣中含量丰富的纤维素、半纤维素资源制备介孔活性炭的发明专利在国际、国内均尚未有公开的例子。同时，现有活性炭制备方法均不同程度存在原料缺乏、价格昂贵、工艺复杂和污染严重等问题。例如公开号为CN 1406866A的由石油焦制备高表面积活性炭的方法；美国专利USP3917806, USP4228037和日本专利昭56-5313公开的一类用石油沥青为原料制备球型活性炭的方法。

发明内容    

基于以上产业现状，本发明的目的在于提供一种以马铃薯薯渣为原料，通过炭化、活化过程，简单易行的制备介孔活性炭的方法。

一种介孔活性炭的制备方法，其特征在于该方法将马铃薯薯渣通过物理活化过程，或者化学活化过程进行反应制备介孔活性炭；

所述的以马铃薯薯渣为原料采用物理活化过程制备介孔活性炭时操作工艺为：马铃薯薯渣在氮气或氩气气氛下，升温至400-900 ^oC进行炭化反应0.5-3h后，再通入水蒸气、空气、二氧化碳或烟道气活化剂在500-1100 ^oC活化0.5-4h，降温得到介孔活性炭； 

或者，所述的以马铃薯薯渣为原料采用化学活化过程制备介孔活性炭时操作工艺：在氮气或氩气气氛下，以升温速率为1-10^oC/min升温速率将薯渣和活化剂的混合物升温至活化温度400-1000 ^oC，活化0.5-4h后，再经冷却、水洗和干燥后得到介孔活性炭；所述的活化剂可为硫酸、磷酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾或氯化锌；我们称其“一步法”化学活化。