[发明专利]一种基于植酸和糖类化合物的活性炭制备方法

说明书

本发明提供了一种基于植酸和糖类化合物的活性炭制备方法，其以蔗糖、葡萄糖等糖类化合物为原料，将糖类化合物与植酸按一定质量比溶解到水中后，经水热处理使两者充分交联共混，再将水热后的物料依次经干燥、煅烧和洗涤，得到活性炭。本发明所得的活性炭制备过程仅使用植酸和糖类化合物作为原料，相较于现有的活性炭制备方法，其制备过程无需使用额外的物理或化学活化剂，流程简单，环境友好。所得活性炭具有丰富的孔隙结构，表现出高比表面积，在生物质资源利用和环境保护方面具有应用前景。

技术领域

本发明属于活性炭制备技术领域，具体涉及一种基于植酸和糖类化合物的活性炭的制备方法。

背景技术

活性炭是一类具有发达孔隙结构、高比表面积和大孔容的炭质材料，基于活性炭的吸附过程广泛应用于产品精制及水和大气污染的防治。目前制备活性炭的主要原料有果壳等生物质原料和煤炭等化石原料。影响活性炭吸附性能的主要是其孔结构性质。为了在活性炭中构建发达的孔隙结构，通常采用物理或化学活化法。物理活化法是采用水蒸气、CO₂等对碳化原料进行高温处理以构建孔结构，如公开号为CN 109835899 A的专利文献公开了一种水蒸气活化法制备褐煤基活性焦的方法。但是，物理活化法活化时间较长，能耗较高，所得活性碳的比表面积通常在1000m²/g以下，限制了其应用。化学活化法是采用KOH，ZnCl₂，H₃PO₄等活化试剂与碳化原料进行混合再进行高温处理的方法。如公开号为CN1291587A的专利文献公开了一种以椰壳等为原料，采用KOH化学活化法制备活性炭的方法。与物理法相比，化学法所需的时间较短，构建的孔道结构也更为丰富，但活化过程步骤繁琐，且这些化学活化剂本身具有强腐蚀性或毒性，环境不友好。

近年来，原位活化技术受到了广泛关注。原位活化法利用含有钠，钾，锌，磷等活化元素的成碳前驱体，经高温煅烧处理直接实现孔道结构的构建，活化过程简便；同时，由于活化元素在前驱体中均匀分布，其活化过程也比传统活化法更为均匀。公开号为CN103373728A的专利文献公开了以腐殖酸钾为前驱体经原位活化制备活性炭的方法。生物质原料环境友好，来源广泛，采用生物质原料作为原位活化法的前驱体具备明显优势。但是，前驱体中不含有活化元素时，所得生物质碳的孔结构很不发达，比表面积通常在100m²/g以下，应用受到限制。

植酸是一种主要存在于植物种子和根干中的生物质原料，来源丰富，毒性很低，在食品、医疗和化工等领域应用广泛。植酸中丰富的磷元素赋予其在成碳过程中作为活化剂的能力，直接以植酸作为原位活化前驱体可以得到活性碳。但是，植酸本身的碳含量仅为10.9％，仅利用植酸作为碳源来制备活性碳，收率低而成本高。为此，需要引入共碳源物质，与植酸结合后作为原位活化法的前驱体。引入共碳源物质时，为保证后续煅烧过程中的均匀原位活化，需要将其与植酸充分混合。传统浸渍法混合往往不够均匀。利用壳聚糖、三聚氰胺等作为共碳源物质与植酸混合可得到均匀的沉淀或溶胶，虽然克服了传统浸渍法混合不均匀的问题，但是依赖于胺基与植酸之间的酸碱反应并需要精确控制pH值，应用范围受限。因此，拓宽植酸成碳体系中共碳源物质的范围，开发基于植酸原位活化的新型活性炭制备方法，获得原料环境友好、制备成本低的高比表面积活性炭，对基于活性炭的吸附分离和污染控制过程具有重要的实际意义。

发明内容

本发明为了解决现有的基于植酸的活性炭制备方法中共碳源物质受限的问题，提出了一种基于植酸和糖类化合物的活性炭制备方法。除非另有说明，术语“糖类化合物”又称为碳水化合物，是指由碳、氢、氧三种元素构成的多羟基醛或多羟基酮，可以分为单糖、二糖和多糖等，包括但不限于葡萄糖、蔗糖、果糖、木糖等。本发明以糖类化合物为原料，将糖类化合物与植酸按一定质量比溶解到水中后，经水热处理使两者充分交联共混，再将水热后的物料依次经干燥、煅烧和洗涤，得到活性炭。

本发明提供一种基于植酸和糖类化合物制备活性炭的方法，其特征在于包括以下步骤：