[发明专利]一种可调节微孔比例的柠檬酸糟生物质多孔碳材料的制备方法

说明书

本发明属于多孔碳材料制备技术领域，具体为一种可调节微孔比例的柠檬酸糟生物质多孔碳材料的制备方法。本发明是将柠檬酸糟置于去离子水中洗净，之后烘干过筛、用磷酸浸渍，再进一步炭化活化制得可调节微孔比例的柠檬酸糟生物质多孔碳材料。本发明方法具有原材料廉价易得、制备工艺简单、材料孔隙结构发达，经济环保，易规模化等优点。制备的材料可以广泛应用于挥发性有机物净化、废水重金属离子去除、催化剂载体等领域。

技术领域

本发明属于多孔碳材料制备技术领域，特别涉及一种可调节微孔比例的柠檬酸糟生物质多孔碳材料的制备方法。

背景技术

由于多孔碳材料具有大的比表面积，发达的孔隙结构以及稳定的物理化学性质，目前已广泛应用于污染物的吸附分离、纯化以及催化剂载体。用于生产活性炭的原材料种类较多，常用的前体为煤、木炭、椰壳等。但传统的制备方法对煤炭以及木炭的消耗巨大并且成本较高，因此寻找廉价、可再生的原材料是解决此类问题的有效途径。

生物质资源成本较低，来源广泛，数量巨大，并且具有较高的含碳率，内部含有大量木质纤维素和高的挥发分含量，因此这些可再生的生物质资源可用来部分替代成本较高的活性炭前体。不仅增加了其吸附价值，也为农业废弃物处理提供了一条有效途径。

常用的生产生物质多孔材料的方法为化学活化法。其相对于物理活化法具有很多的优点，不仅活化温度更低，并且生产得到的活性炭具有更大的比表面积以及更发达的孔隙结构。常用的活化剂可分为酸（H₃PO₄、H₂SO₄、HNO₃）、碱（NaOH、KOH）、盐（ZnCl₂、K₂CO₃）类等，可根据原材料的性质进行选择。

由于多孔材料的用途广泛，针对不同的用途，对所需材料的比表面和孔径分布的要求也不相同。目前，市售活性炭的孔径以微孔为主，在小分子物质的吸附分离上具有良好的应用效果，但其对于大分子物质的吸附能力较差，并且不利于在表面或孔道内负载金属催化剂。因此，多孔材料的孔径分布应具有一定的可调节性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种可调节微孔比例的柠檬酸糟生物质多孔碳材料的制备方法。本发明能解决生物发酵行业产生的柠檬酸发酵废渣资源化利用问题，制备方法原材料价格低廉，易于收集，制备条件简单，可规模化应用；得到的材料孔隙结构发达、经济环保。

本发明以可再生的生物质柠檬酸糟为原材料制备微孔比例可调节的生物质多孔碳材料，利用化学活化法进行前体的活化处理，通过将生物质材料在酸性溶液中浸渍，然后在惰性气氛中进行炭化处理得到优质的多孔碳材料，其微孔比例可根据工艺条件进行调节。本发明的技术方案具体介绍如下。

一种可调节微孔比例的柠檬酸糟生物质多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：首先将柠檬酸糟洗净、烘干，经充分研磨后过筛；然后在100~110 ℃的温度下，将过筛后柠檬酸糟在40wt %浓度的磷酸溶液中浸渍10~14小时，直至完全浸渍；再将浸渍后的样品取出，在惰性气氛保护下于450℃~600℃的温度下炭化1~3小时；最后在惰性气氛下冷却至室温后，将炭化后的产物取出，将其洗涤至pH值为6~7，干燥即得到多孔材料。

本发明中，柠檬酸糟是由玉米渣经发酵过后产生获得。

本发明中，柠檬酸糟洗净、烘干，研磨后过10目筛。

本发明中，柠檬酸糟和磷酸溶液的质量比为1:1~1:3。

本发明中，炭化温度为520~560℃，炭化时间为1.5~2小时。

本发明中，惰性气氛是氮气气氛。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）本发明所需的原材料价格低廉，易于收集，工艺过程简单，对设备要求较低，易于进行放大生产；