[发明专利]磁性活性碳以及用于制备并且再生此类材料的方法

说明书

本发明涉及用于制备磁性活性碳的方法，该方法包括以下步骤：a)在自生压力下，在180℃与250℃之间的温度下，在酸性条件下，在铁离子的存在下，水热处理一种包含生物质的水性溶液，以获得一种前体产物；b)通过在550℃与850℃之间的高温下混合一种活化剂持续最高达9h的时间来活化在步骤a)中获得的前驱体产物。本发明还涉及根据所述方法制备的磁性活性碳以及该磁性活性碳用于分离并且储存气体以及纯化液体的用途。此外，本发明涉及一种用于从液体和/或气体中分离粒子的方法，以及通过使用振荡电磁场加热来再生磁性活性碳的方法。

发明领域

本发明涉及一种用于制备根据权利要求1所述的磁性活性碳的方法以及磁性活性碳以及所述磁性活性碳的用途。本发明进一步涉及一种用于从液体和/或气体中分离粒子的方法，以及一种用于再生磁性活性碳的方法。

发明背景和现有技术

具有磁性的活性碳具有容易从系统上分离的优势。将磁性组分沉淀或结晶到已被活化的碳的多孔网状结构中的想法简单明了并且已经成功应用。在合成期间将铁组分与前体一起结合是获得功能性和磁性活性碳的优选程序。然而，此类结合降低了活性碳的表面积和孔隙体积，并且该磁性组分仅仅被松散地整合并且可能会浸出。

水热碳化可以提供一种用于将纳米级铁组分引入到碳化材料中的有效方法。水热碳化(HTC)生物质为一种具有多种预期应用的稳定有机材料。它的相关碳化方法具有高碳效率，它放热，并且它具有温室气体的微量相关释放。巴克赛(Baccile)等人通过使富含¹³C的葡萄糖碳化来测定HTC葡萄糖的分子性质并且用多维固态核磁共振(NMR)光谱法研究产品。⁹根据此类数据他们得出结论：HTC生物质一般由主要具有呋喃部分的高度交联的聚合物组成。近期他们示出当氮气存在于有机原料中时，它包括在交联的HTC生物质中。¹⁰

可以按物理或化学方式进行普通生物质到活性碳的活化。物理活化典型地通过在高温下用空气、二氧化碳或蒸汽处理不同的含碳物质来进行。化学活化通过在高温下添加如KOH、ZnCl以及H₃PO₄的化合物来进行。塞维利亚(Sevilla)等人在800℃的温度下用KOH以化学方式活化从桉树锯屑产生的HTC生物质。¹²刘(Liu)等人用二氧化碳活化从松木锯屑和稻糠制备的HTC生物质并且达到569m²/g的比表面积。¹³

废弃的生物质经常具有环境问题。马粪肥的堆肥释放气候气体并且不会完全破坏可以浸出到环境中的药物残余物和病原体。草割屑将氧化亚氮和甲烷两者释放到大气中，这两者均为温室气体。来自啤酒生产的废弃物具有较低的经济价值并且主要用作动物食物。生物污泥很少可以直接用作肥料并且来自纸浆和造纸厂的那些具有不显著的商业价值。

US 7,429,330和US 7,879,136披露了一种用于制备磁性活性碳的方法，该方法通过将基于固体的氧化铁添加到皮毛/沥青混合物中，并且在碳化之前将其压制，紧接着根据现有活化方法活化成活性碳。

US2010/0155335披露了一种用于制备磁性活性碳的方法，该方法通过将已被活化的碳与一种铁溶液(具有+2或+3形式)混合，并且紧接着提高pH以使氧化铁沉淀于活性碳的孔隙中。

US2004/0147397披露了一种方法，其中在传统的碳化和活化两步方法中制备磁性活性碳。在碳化之前通过使碳前体浸泡到磁性材料前体的溶液中将可溶性铁引入碳中。

US 8,097,185披露了一种用于制备磁性活性碳的方法，其中将软木的碳前体浸泡在三价铁盐的溶液中、干燥、热解并且活化。

仍需求一种用于制备活性碳的更有效且经济的方法。还需求改进的磁性活性碳产品。存在能够使用普遍存在并且低成本的生物废弃物生物质的经济和环境优势。

发明概述