[发明专利]一种以铬皮为原料的生物质多孔炭及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种以铬皮为原料的生物质多孔炭及其制备方法和应用，利用制革废弃物铬皮为原料，将其碳化活化，制成生物质多孔炭材料。利用多孔炭的高比表面积、丰富的孔隙结构和金属氧化物作用，应用于含铬和染料污水的净化。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种以铬皮为原料的生物质多孔炭及其制备方法和应用。

背景技术

多孔炭物理特性独特，具有很好的吸附性能、机械强度和表面特性等优点，是一种优良的吸附材料，广泛地应用于环保和化工领域，同时在液相吸附、气相吸附、储能材料、锂离子电池、锂硫电池、生物传感器、催化剂和催化剂载体等领域表现出良好的应用前景，是当前炭材料的一个研究热点。

制备多孔炭的原料非常广泛，主要有矿物类原料、合成高分子材料、废弃高分子材料、生物质材料等。矿物类原料具有来源稳定、成本较低、制备方法成熟等优点，是当前制备多孔炭的主要原料。为了进一步降低成果，减少矿物来源依赖，特别是对工农业废弃物的有效利用，达到以废治理废的目的，当前以生物质材料为原料制备多孔炭成为研究热点，如稻壳、玉米芯、竹木、果壳、果核、甘蔗渣、动物皮和骨等。

制革废皮是皮革厂将皮鞣制后的下脚料，俗称“铬皮”，同样富含胶原蛋白，可以用于生产工业级明胶，相对于食用明胶和药用明胶，价格非常便宜。但是其铬含量高，严格禁止用于食品和医药等领域。如何引导这种既富含胶原蛋白又富含铬的皮料能够资源有效利用，正确引导市场发展方向，实现效益最大化，是一项重要的研究课题。

中国专利CN104588388.A公开了一种含铬皮革废弃物的综合利用方法，解决了现在技术中对含铬皮废弃物不能充分利用的问题。包括如下步骤：（1）对含铬皮革废弃物进行撕碎；（2）对撕碎后的含铬皮革废弃物碎片进行烘干处理；（3）对烘干后的含铬皮革废弃物碎片进行高温燃烧；（4）对高温燃烧后含铬皮革废弃物的革灰进行铬氧化物的提取。通过上述设计方案，可对含铬皮革废弃物燃烧并利用其热能及对含铬皮革废弃物内铬回收再利用，进而完成对含铬皮革废弃物的充分利用。但该专利方法未充分利用铬皮中丰富的胶原蛋白和活性炭资源。

中国专利CN103145126.A公开了一种以废皮革为原料微波法制备活性炭的方法，实现资源重复再利用，制备速度快、工艺简单，制备的活性炭吸附效果好，包括如下步骤：（1）水洗除杂，烘干，粉碎，制成皮革颗粒；（2）皮革颗粒浸渍于酸中一段时间；（3）置微波炉中炭化活化；（4）在酸中煮沸，水洗至中性，烘干得皮革活性炭。但该专利方法采用的是微波法制取多孔炭，多孔炭的比表面积为638.24-639.52m²/g。但该专利制备的多孔炭的比表面积与文献报道的活性炭相比不具优势，并且未利用铬皮中丰富的铬资源。

充分利用皮革废弃物中丰富的碳源和铬源，对废弃资源有效利用，解决环境污染问题和食品药品安全问题具有重要意义。经检索目前还没有发现关于利用铬皮制备富铬活性炭以及其具体应用的报道。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明利用制革废弃物铬皮为原料，将其碳化活化，制成生物质多孔炭材料。利用多孔炭的高比表面积、丰富的孔隙结构和金属氧化物作用，应用于含铬污水的净化和含亚甲基蓝染料污水的净化。

本发明采用如下技术方案：一种以铬皮为原料的生物质多孔炭，通过如下步骤制备得到：

（1）预处理步骤：将制革废皮（铬皮）烘干、粉碎，加热脱除油脂，得到铬皮预处理产物；

（2）预碳化步骤：将铬皮预处理产物进行预碳化，得到铬皮预碳化产物；

（3）碳化活化步骤：铬皮预碳化产物与活化剂混合后，进行碳化活化，然后水洗，烘干，得到铬皮基多孔炭。

在本发明的优选的实施方式中，步骤（1）中，将制革废皮（铬皮）自然烘干，粉碎到约0.5cm×0.5cm，加热脱除油脂至无烟气产生，得到铬皮预处理产物。