[发明专利]一种紫茎泽兰基高比表面积活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫茎泽兰基高比表面积活性炭的制备方法，属于环境保护领域。

背景技术

活性炭作为一种性能优良的多孔材料被广泛地应用于诸多的工业领域,例如气相/液相的分离/纯化,废水处理,催化剂载体,超级电容器,能源储存等。随着人类社会的发展，活性炭的应用范围越来越广泛、需求量也越来越大，此外对活性炭本身的质量也要求越来越高。

原产于墨西哥的紫茎泽兰属多年生草本植物，又名解放草、飞机草、黑头草、大毒草、飞花草等。由于其快速的繁殖力和极强的适应力，目前已广泛分布于30多个国家的热带地区，是一种名副其实的世界性的恶性杂草。在我国，紫茎泽兰以每年10至20公里的速度由西南向东北辐射，对我国的生态平衡和物种多样性造成了难以恢复的破坏，已被我国列入首批外来入侵物种，并排在第一位。因此，已有众多的学者对紫茎泽兰进行研究，各种防除措施也在不断扩展，但并没有取得良好效果，要想控制紫茎泽兰的蔓延，除了积极防治措施外，更重要的是对其进行开发利用，变害为宝。且随着日益凸显的能源危机、环境恶化等问题，生物质能源已成为当今国际上新能源的研发热点。

本发明以炭化质量高收率较高的紫茎泽兰为原料，降低活性炭的生产成本，减轻环境污染，做到了变害为宝，变废为宝，实现了自然资源的综合利用，且在活化过程中采用的是微波加热方式，极大地降低了能源消耗，极大地节约了生产成本，具有良好的环境、能源和社会效益。生产出来的活性炭的比表面积高且富含微孔、吸附能力强、灰分较低，可作为超级电容器得电极材料。这就为有效解决紫茎泽兰对我国的生态平衡和物种多样性造成破坏这一突出环境问题提供了一个切实可行的方法。

申请人在专利号为201110215502.2的专利里，公开了“一种利用紫荆泽兰制备活性炭的方法”，这种方法是将紫茎泽兰烘干破碎后用氯化锌溶液浸泡，然后在550℃微波加热20min制备得到粉末状紫茎泽兰活性炭。上述发明与本发明相比，本发明微波加热减少了10~30%的时间，此外加热前后期处理效率也更高。最重要的是上述方法制备的活性炭的比表面积只有1327.26m²/g，而本发明通过改善制备工艺，采取氢氧化钾二氧化碳联合活化及物料底部吹二氧化碳协同超声波处理方式所制备的活性炭的比表面积高达4315 m²/g，是上述方法的三倍多。

申请人在专利号为200510011001.7的专利里，公开了“一种资源化紫茎泽兰的方法”，这种方法是将紫茎泽兰破碎和碳酸钾或氯化锌固体混合，进行超声波处，然后微波加热得到产品。本发明通过改变相关工艺环节，采用底部吹二氧化碳联合氢氧化钾活化，制备得到比表面积高、得率高、微孔率高的活性炭。

发明内容

本发明的目的在于一种紫茎泽兰基高比表面积活性炭的制备方法，以紫茎泽兰为原料，采用往炭化料底部吹CO_2-的方式制备高比表面积的活性炭（碘值为100mg/g）；该方法做到了变害为宝，实现了自然资源的综合利用，有利于缓解资源与环境的压力，具有优越的经济和生态效益，具体包括以下步骤：

（1）将紫茎泽兰在80℃干燥25~45min去除水分，然后以5~15℃/min的升温速率升至400~500℃，保温炭化30~40 min，随炉冷却后取出，将炭化料破碎至600-1000目作为活化原料，备用；

（2）按质量比为1:2~1:4的比例将步骤（1）得到的碳化后的竹材与KOH混合均匀装入反应容器中，然后放入微波装置（微波功率5~10 kW）中在氮气保护下进行微波加热14~18min；

（3）在微波加热到8~10min时连通反应容器底部的导管吹入5~8 min吹入CO₂，同时开启超声波发生器（功率为100~300 W），加热完毕后关闭微波装置和超声波发生器，将物料转移至装有自来水的烧杯中进行水洗，然后过滤，得滤液和滤渣；

（4）从滤液中回收残留的KOH，用盐酸洗涤滤渣1~2次，并对酸洗后滤渣采用自来水洗涤至洗涤液pH值为6~7，最后所得滤渣在105~115℃下干燥1~2h，即得到表面积活性炭。

本发明以紫茎泽兰为原料，紫茎泽兰材质疏松，密度低，挥发份高本方法制备的高比表面积活性炭具有微孔多、质软、高吸附性等特征；主要用于废水、空气高的效净化，烟气的脱硫脱臭，空气滤网，室内空气的高效净化，各种场所高效除臭去毒等领域。此外由于其本身有各种丰富的有机物，所以其在活化过程中形成苯环、芳香族类等多种官能团，可有效用于汽车尾气排放和燃料系统挥发出来的汽油等有机物的吸附收集，以及溶剂回收等领域。