[发明专利]微波真空热解制备生物质活性炭的方法

说明书

本发明涉及活性炭技术领域，尤其是一种微波真空热解制备生物质活性炭的方法，包括以下步骤：(1)将生物质放入105℃烘箱中干燥至恒重；(2)将上述生物质与磷酸按质量比1︰1～1︰4混合，并调配适量的水，使之混合均匀，浸渍24h；(3)将步骤(2)制备的生物质置于石英坩埚并将其置于微波炉中石英反应管中保持真空进行炭化和活化；(4)将冷却的活性炭样品用1:10的盐酸在90℃下煮30分钟，然后用蒸馏水漂洗，在120℃烘干，烘干后放入干燥器中进行冷却，然后研磨至200目即得活性炭。本发明方法在真空下制得的活性炭具有更高的比表面积，同时在真空环境可加速热分解、缩短加工时间、降低能耗，从而降低运营成本。

技术领域

本发明涉及活性炭技术领域，具体领域为一种微波真空热解制备生物质活性炭的方法。

背景技术

微波作为电磁波的一种，其波长介于红外线和无线电波波段之间，低于可见光和紫外光，大约在1mm～1m之间，频率在300MHZ～300GHZ之间。其应用主要包括通讯、侦测、导航、干扰等领域，生活领域则用于烹饪。

微波加热，会产生交替辐射方式引发分子运动，主要包括偶极转动和离子传导，物体内分子运动碰撞产生摩擦会使介电损失，同时转化成热能，使得温度升高，导致由内到外的加热现象，实现短时间快速且均匀的加热。微波处理技术在环境工程中的应用潜力近年才被人们注意到，到目前为止，微波辐射技术已被成功地用于环境监测、废气处理、污水处理和固体废弃物的处理。与传统加热相比较，微波高频和热能由内部产生的特性，使热能传输能够较均匀并快速的加热生物质内部，加热过程的能量损耗也会减小、反应时间也会较短，效率较高。

生物质热解技术是指将生物质于无氧或少氧的环境下进行加热，使其产生热化学作用，在高温条件下将大分子分解并产生气体(H₂、CO、CH₄和CO₂)、液体(焦油)和固体(炭)的处理方法。热解的三态产物可用作化学原料，燃料来源，土壤改良剂，催化剂，或进一步升级为活性炭。尤其是，以微波为热源的热解技术可提供快速和选择性的加热机制在生物质热解领域很有潜力。

目前，已有一些利用微波辐照生物质生产活性炭的工艺，如以杏核为碳源微波加热制备活性炭的方法(CN106587049A)、一种夏威夷果壳活性炭及其微波加热制备方法(CN105502393A)、水枝锦秸秆活性炭的制备方法(CN101112983A)、一种微波制备汉麻秆基活性炭的方法(CNI06608622A)。但热裂解的惰性氛主要是通过使用N₂来维持的，使用N₂增加了生产成本，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波真空热解制备生物质活性炭的方法，以解决现有技术中微波辐照生物质生产活性炭生产成本高、不利于工业化生产、产品性能不佳等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微波真空热解制备生物质活性炭的方法，包括以下步骤：

(1)将生物质放入105℃烘箱中干燥至恒重；

(2)将上述生物质与磷酸按质量比1︰1～1︰4混合，并调配适量的水，使之混合均匀，浸渍24h；

(3)将步骤(2)制备的生物质置于石英坩埚并将其置于微波炉中石英反应管中保持真空进行炭化和活化；

(4)将冷却的活性炭样品用1:10的盐酸在90℃下煮30分钟，然后用蒸馏水漂洗，在120℃烘干，烘干后放入干燥器中进行冷却，然后研磨至200目即得活性炭。

本发明所述的一种微波真空热解制备生物质活性炭的方法，其中，所述步骤(2)中的磷酸浓度为30％～70％。

本发明所述的一种微波真空热解制备生物质活性炭的方法，其中，所述步骤(3)中，微波功率为200～800W，辐照时间为3～15分钟，真空条件为8～40kPa。