[发明专利]一种以芭蕉科植物为原料制备具有吸附性能活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种以芭蕉科植物为原料制备具有优良吸附性能的活性炭的方法。

背景技术

传统活性炭的生产一般以竹类、木材、煤炭及重质石油等为原料，其生产成本高，使其制备受到很大限制。以低廉、丰富、野生或废弃的芭蕉科植物代替传统原材料制备可吸附碳材料，不仅可使其制备成本大大减低，又能使野生及废弃的芭蕉科植物得到循环利用，从而实现资源的充分利用和可持续发展。

芭蕉科植物主要分布于亚洲及非洲热带地区，其种类繁多，有3属60余种，其中经济价值最大的是香蕉及芭蕉。芭蕉科植物的茎、叶、果皮中含有大量富含碳素的纤维素、半纤维素和木质素等大分子物质。由于野生芭蕉科植物分布广泛，栽培、产生的芭蕉科植物废弃物多、价格低廉，而且可利用性大、污染性低，是一种可再生、可循环利用的自然原料，同时，由于芭蕉科植物含碳量高、灰分低，也是制备活性炭的优良原料。本发明使用芭蕉科植物为原料制备活性炭，不仅减低生产成本、减少环境负担，且其工艺流程简单、操作方便安全，制得可吸附活性炭的吸附性能和产量都有效提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便、高效、节能的以芭蕉科植物为原料制备具有吸附性能活性炭的方法，其原料分布广泛、来源丰富，资源利用率高，工艺流程简单、高效，有效降低了制备吸附性碳材料的成本，且经济实用、绿色环保，制得的活性炭吸附性能优良。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以芭蕉科植物为原料制备具有吸附性能活性炭的方法，其具体步骤如下：

1）原料准备：将芭蕉科植物原料用去离子水洗净并放入100~125 ℃烘箱中干燥18~24 h，然后将干燥后的原料切碎、磨成粉末、过筛，筛网孔径为1~3 mm，再放入烘箱中100~125 ℃干燥18~24 h；

2）水热炭化：将2~10 g步骤1）烘干后的粉末与10~15 mL去离子水、10~15 mL酸混合，在室温下搅拌均匀后转移至装有聚四氟乙烯内衬的水热釜中进行水热炭化处理，水热炭化的温度为160~220 ℃、处理时间为12~30 h，然后将炭化处理后的产物用去离子水洗涤至中性，放于100~125 ℃烘箱中干燥18~24 h后研细；

3）活化：在具有温控功能的管式炉中充入氮气或二氧化碳20~60 min，以排出管式炉中的杂质气体，然后将步骤2）所得炭化产物与活化剂固体粉末按重量比2:1~10:1置于管式炉中，在氮气或二氧化碳保护下进行反应，反应时使管式炉内的温度以5~10 ℃/min的速度从室温升至400~900 ℃，达到最高温后保持1-5 h，待炉冷至室温，取出活化产物，最后将产物用去离子水洗涤至中性；

4）干燥、研磨：将步骤3）所得活化产物放于100~125 ℃烘箱中干燥18~24 h，经研磨得具有吸附性能的活性炭成品。

所述芭蕉科植物原料包括有芭蕉科植物的茎、叶、果皮等。

步骤2）所述酸为硫酸、磷酸、盐酸或硝酸。

步骤3）所述活化剂为碱性活化剂，包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠，其固体粉末的粒径<2 mm。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明使用芭蕉科植物为原料，先经水热炭化，再在惰性气体保护下将活化剂与炭化产物混合进行活化。其中，水热炭化过程操作简单易行，原料损耗少，产出率大；活化过程可有效避免原料中的碳元素被氧化，有利于提高可吸附碳材料的转化率，同时，此过程中使用碱性活化剂，可提高孔隙率、增加孔隙结构，有利于得到微孔发达、比表面积高的活性炭，从而提高活性炭的吸附性能。本发明方法制备的活性炭用于处理染料废水具有很好的效果，对亚甲基蓝的吸附尤其显著。

（2）相对于利用传统原料（竹类、木材、煤炭、重质石油等）制备活性炭的方法，本发明具有原料来源广泛、生产成本低、资源利用率高、制备过程无污染等特点，为芭蕉科植物的开发利用和环境保护提供了新的思路，且制备的活性炭产量大、吸附性能优良，具有良好的工业前景和社会效益。

附图说明

图1为未经活性炭处理与经实施例3所制备活性炭处理对100 mg/L亚甲基蓝（MB）溶液的吸附情况的对比图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1