[发明专利]一种具有高吸附性能的沼渣基活性炭的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种沼渣基活性炭的制备方法，包括以下步骤：(1)经厌氧发酵形成生物质沼渣，干燥，再经粉碎，得沼渣粉末；(2)将沼渣粉末在惰性气体氛围下与活化剂混合、共磨；(3)将步骤(2)所得沼渣粉末置于惰性气体氛围，于500～800℃温度条件下进行活化，经冷却，得到活化的沼渣；(4)将活化的沼渣漂洗至中性，再经干燥，即得所述沼渣基活性炭。本发明以发酵后的生物质沼渣为原料，其含碳量高，价格低廉，且微观为纤维素、半纤维素和木质素构成的网状结构，是理想的炭前体原料。本发明通过一步法、水洗、干燥等简单步骤，制备出具有发达孔道结构、高亚甲基蓝吸附性能、较高比表面积以及良好污染物吸附能力的活性炭。

技术领域

本发明公开了一种具有高吸附性能的沼渣基活性炭的制备方法和应用，属于活性炭技术领域。

背景内容

随着传统能源的耗尽，探索开发新能源迫在眉睫。风能、太阳能以及核能已经初步应用于生活和工业中，除上述新能源外，生物质能由于其具备储备量丰富、原料来源广阔以及较少的N、S氧化物排放量的优点逐渐引起关注，在此之前，废弃生物质一般直接用作农业肥料或者燃烧转化为热能，生物质中高达～37％的碳含量没有得到充分的利用，可通过热解不仅可以将生物质转化为用途更为广泛、更具商业价值的活性炭。同时伴随着发展带来严峻的环境问题，如水体的污染亟待解决，活性炭作为多孔物质可用来吸附工业废水中的有机物和无机物，制备具有高吸附性能的生物质活性炭成为研究的重点。

活性炭在处理目前日趋严重的水体污染问题上发挥了重要的作用，其发达的孔径利于吸附质的扩散，发达的比表面积增强了其与吸附质分子的作用(静电吸附、范德华力、氢键作用等)。活性炭的孔径结构及其比表面积成为衡量其吸附性能主要标准。在植物生物质中含有大量的纤维素(40％-60％)、半纤维素(15％-30％)以及木质素(10％-25％)，这些网状微纤维间的空隙由木质素填充，木质素在无氧条件下可热解生成炭、焦油以及挥发气体等，是理想的活性炭制备原料。中国专利号CN108862277A，名称为“稻壳-污泥基复合活性炭及其制备方法”，将污泥和稻壳混匀，使用磷酸等作为活化剂制备活性炭。中国专利号CN107253720A，名称为“一种高比表面介孔活性炭及其制备方法和在在超级电容器中的应用”，以榴莲壳为材料与氢氧化钾混合活化制备多孔碳材料，中国专利号CN107337206A，名称为“一种以生物质为原料制备活性炭的方法及其制备的活性炭”，将纸屑和浓度为65～80％的氯化锌水溶液搅拌混合再经高温热解制备生物质活性炭。

但是，这些传统制备法中，使用强酸强碱的化学活化法，虽然转换率高但是对设备的腐蚀严重，且后处理麻烦，而使用气体的物理活化法虽然相对清洁环保，但制备出的活性炭吸附性能和比表面积不如化学活化法。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有高吸附性能的沼渣基活性炭的制备方法和应用，绿色环保，且具有优异的吸附性能。

技术方案：为达到上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种沼渣基活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)经厌氧发酵形成生物质沼渣，干燥，再经粉碎，得沼渣粉末；

(2)将沼渣粉末在惰性气体氛围下与活化剂混合、共磨；

(3)将步骤(2)所得沼渣粉末置于惰性气体氛围，于500～800℃温度条件下进行活化，经冷却，得到活化的沼渣；

(4)将活化的沼渣漂洗至中性，再经干燥，即得所述沼渣基活性炭。

所述厌氧发酵形成生物质沼渣，是指由农业秸秆、玉米芯、棕榈壳或木材等生物质经过厌氧发酵后所产生的固体废弃物。所述厌氧发酵采用的常用微生物包括纤维素分解菌，醋酸杆菌和/或甲烷菌等，所得生物质沼渣中的主要元素为C、H、O、N和S。

作为优选：

步骤(1)中所得沼渣粉末粒径≤0.2mm。