[发明专利]一种有机发酵耦合CO2

说明书

本发明设计一种半焦基碳吸附材料及其制备方法，主要解决了半焦活化难度大、活化易造成污染等问题，并且将所制备的半焦基碳吸附材料应用于VOCs的处理中，具有良好的效果。本发明通过一种有机发酵耦合CO₂活化的方法制备半焦基碳吸附材料，所得半焦基碳吸附材料比表面积为500‑800m²/g，平均孔径在2‑4nm，对丁烷的吸附能力为8‑16.5mg/g。该制备方法具有活化效果好，对环境和设备友好等特点。

技术领域

本发明属于活性碳的制备及其VOCs吸附应用领域，涉及一种有机发酵耦合CO₂活化制备半焦基碳吸附材料的方法。

背景技术

半焦也称兰炭，是无黏结性或弱黏结性的高挥发分煤在中低温条件下热解得到的固体碳质产品。目前，我国的半焦产量约为4800万吨/年，每年约有2000万吨半焦产量过剩。更为严重的是，自2012年之后，电石、铁合金市场萎缩，半焦的价格从每吨1000元一路下滑，到2015年年底每吨半焦价格跌破300元。价格低廉，库存增加，造成国内大量半焦生产企业处于全面亏损的状态。因此，开发半焦高经济附加值利用技术及其产品具有很强的实际社会价值和经济意义。活性碳作为一种强吸附性材料在吸附回收挥发性有机化合物(VOCs)中起到了巨大的作用。但是在实际应用中，以木质碳为原料制备的活性碳吸附材料具有较高的原料购买成本，其中，就目前最常见的椰壳活性碳而言，每生产一吨活性碳原料成本为8000-10000元，并且椰壳的价格呈逐年增长的趋势，这大大提高了活性碳的应用成本。而半焦碳具有含碳量高，挥发分少，价格低廉的特点，如果以半焦碳为原料，每生产一吨的活性碳原料成本仅1000-1500元，具有良好的经济效益。但半焦材料结构致密、扩孔难度大。传统的水蒸气、CO₂等物理活化法很难扩大半焦的比表面积，若使用化学活化法如碱活化，氯化锌活化又会对环境和设备造成很大的影响。因此，目前高污染、低品质半焦基碳吸附材料的制备是限制半焦基碳吸附材料生产与应用的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种有机发酵耦合CO₂活化制备半焦基碳吸附材料的方法，该方法制备得到的半焦基碳吸附材料具有比表面积高、孔隙结构丰富的特点，且无污染。

为达到上述目的，本发明所述的有机发酵耦合CO₂活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：

1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；

2)对发酵过的半焦进行高温CO₂活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。

步骤1)中的有机物为淀粉、葡萄糖、麦芽糖、果糖、柠檬酸、甘氨酸、半胱氨酸、尿素及聚乙烯吡咯中的一种或几种按任意比例混合的混合物，发酵过程中加入有发酵粉。

发酵过程中的温度为20-60℃，发酵时间为5-30天。

发酵粉、有机物、水及半焦的比例为(0.01-0.1)g：(0.05-0.5)g：(0.5-1)g：(0.5-2)g。

步骤1)中半焦粉的目数小于等于60目。

步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO₂活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。

采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO₂活化的过程中，管式炉设置的升温时间为30-120min，活化温度为700-1000℃，活化时间为60-300min，活化气体为CO₂气体，气流量为20-60mL。

真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。

本发明具有以下有益效果：