[发明专利]一种以玉米芯为原料制备活性炭和糠醛的方法

说明书

技术领域

本发明属于活性炭制备的领域，具体来说涉及一种以玉米芯为原料的活性炭制备方法。

背景技术

活性炭是由含炭物质作原料，经高温炭化和活化制备的疏水性多孔炭质材料，具有特殊微晶结构、发达孔隙结构、巨大比表面积和较强吸附能力，能有效地去除色度、臭味以及大多数有机污染物和某些无机物，目前已广泛用于化学工业、食品加工、医药、国防、农业等领域，尤其在环境保护中扮演着重要的角色，并且具有良好的发展前景。

糠醛渣是玉米芯、花生壳、甘蔗渣、棉籽壳等生物质类物质以及农副产品加工下脚料高温水解生产糠醛(呋喃甲醛)产生的固体废弃物。我国的糠醛生产原料以玉米芯为主，每生产1t糠醛产生12t以上的糠醛废渣，每年排放糠醛废渣约3000万吨，如不妥善处理，不仅会对环境造成污染，经济上还会产生巨大的浪费。糠醛渣的主要成分为纤维素、木质素，是制备活性炭的极好原料。因此利用糠醛渣为原料生产活性炭，既可以解决废渣的污染问题，又能降低活性炭的生产成本，具有明显的经济效益和社会效益。

活性炭的制备一般分为两步：第一步是在有氧条件下含碳原料的高温炭化；第二步是焦炭的活化，又分为物理法及化学法。通常认为，炭化是一连串的物质分解和聚合等反应，主要分为400℃以下的一次分解反应，400℃-700℃的碳氧键断裂反应，700℃-1000℃的脱氧反应等三个反应阶段。无论原料是芳香族分子物质还是链状分子物质，经过炭化过程后得到缩合苯环平面状分子而形成三维网状结构的炭化物。活化是制备活性炭的关键步骤，是活性炭成孔、丰富表面基团、扩大表面积及烧去无序碳的过程。活化温度和活化时间对炭表面含氧基团的种类和数量有着直接影响，从而影响着炭的性能。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种以玉米芯为原料制备活性炭的方法。

本发明的另一目的是提出用所述方法制备得到的产物。

实现本发明上述目的的技术方案为:

一种以玉米芯为原料制备活性炭和糠醛的方法，包括步骤：

1)原料要求：玉米芯粉碎至粒径在15mm～20mm，作为原料；

2)加酸混合：粉碎了的玉米芯和质量浓度为10～15％的硫酸溶液混合，硫酸溶液的用量与玉米芯质量比为0.20～0.29：1；

3)汽提水解：将水蒸气与玉米芯和硫酸混合物接触进行水解，水蒸气温度172℃～175℃，水解时间1.5～2h；

4)糠醛收集：汽提水解和压力排渣过程中收集含有糠醛的蒸汽，冷凝、蒸馏获得糠醛产品；经水解后的玉米芯和硫酸混合物即为糠醛渣；

5)糠醛渣浸渍：KOH溶液与糠醛渣按照质量比1：1混合，室温下浸渍5h；

6)浸渍糠醛渣烘干：浸渍后的糠醛渣烘干至无游离水状态；

7)直接活化：烘干后的糠醛渣分两段活化，先在500℃下活化30min，再在800℃下活化1h得到固体。

其中，所述步骤1)中玉米芯的含水量为5～8％。

本发明采用农业废弃物—玉米芯为原料，可以大量收购。收购后一般放置5～30天，通过自然风干获得含水量5～8％的玉米芯。

步骤2)中，硫酸溶液与玉米芯的质量单位可以是kg/kg、g/g或斤/斤，或其他本领域技术人员公知的质量单位。

其中，所述步骤3)中，水蒸汽从玉米芯和硫酸混合物下部进入，从上部排出。水蒸气向上排出，进入冷凝管道。

压力排渣是指在8atm压力下将水解残渣排出水解反应器。采用本发明的方法，步骤4)得到的糠醛渣中木质素含量大于55％。

优选地，所述步骤5)中，KOH溶液的质量浓度为30％-50％，KOH溶液与糠醛渣按照质量比1:1混合，室温下浸渍5h。

其中，所述步骤6)中，烘干的温度为100～110℃。

优选地，所述步骤7)中，糠醛渣的两段活化是在氮气气氛中活化。

进一步地，步骤7)活化后的固体经水洗涤后，在110℃下干燥。

本发明提出的方法制备到的产物。

本发明提出的用玉米芯制备糠醛和活性炭新方法具有如下优点：

(1)以玉米芯为原料联产糠醛和活性炭产品，可以大幅度提高糠醛生产的经济效益；

(2)较高的水解温度和较短的水解时间，可以避免生产过程中糠醛缩合，提高糠醛得率；

(3)较高温度下的压力排渣可以大幅度提高糠醛渣的比表面积和物料反应可及性，为糠醛渣生产活性炭创造了有利条件；