[发明专利]一种再生活性炭及其制备方法

说明书

本发明公开了碳材料技术领域的一种再生活性炭及其制备方法：所述再生活性炭的原材料为竹渣，通过两步热解和二氧化碳活化法制得，通过两步热解去除生物质热解过程中产生的焦油，减少焦油在活性炭表面的附着量，提升活性炭的表面性能，利用二氧化碳活化法来提高活性炭表面的空隙率，增加吸附性能，此外，本发明提出了一种新的再生方法，利用丙酮分子的极性作用清理活性炭表面的空隙，减少了再生后活性炭性能的下降，提升了使用经济性，同时，本发明还使用了一种特制热解系统，收集热解过程中具有较高热值的气态产物，进一步提高了再生活性炭产品的附加值，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体指一种再生活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭是一种经特殊处理的炭，将生物质原料（果壳、煤、木材等）在隔绝空气的条件下加热，以减少非碳成分（此过程称为炭化），然后与气体反应，表面被侵蚀，产生微孔发达的结构（此过程称为活化），由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀，所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙，活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面积，活性炭的一切应用，几乎都基于活性炭的这一特点。

活性炭多被用于废水的吸附处理，利用活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性质去除废水中多种污染物的方法，活性炭具有非常多的微孔和巨大的比表面积，具有很强的物理吸附能力，能有效的吸附废水中的有机污染物，处理程度高，出水水质比较稳定，可达饮用水标准，但是活性炭的再生能力不强，可重用性不高，因此投资和处理成本高昂。

同时，生物质在热解时会产生生物质气，这是在高温下生物质热解或者气化分解产生的一种可燃性气体，生物质气的组分为氢气、一氧化碳和少量的甲烷等，其他成分为氮气、二氧化碳、水分、焦油和颗粒物等，而且生物质热解或气化可以产生粗燃气，粗燃气经净化以及组分调变获得高质量的合成气，有利于进一步提高生物质产品的附加值。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种再生活性炭及其制备方法，通过两步热解去除生物质热解过程中产生的焦油，减少焦油在活性炭表面的附着量，提升活性炭的表面性能，利用二氧化碳活化法来提高活性炭表面的空隙率，增加吸附性能，此外，本发明提出了一种新的再生方法，利用丙酮分子的极性作用清理活性炭表面的空隙，减少了再生后活性炭性能的下降，提升了使用经济性。

同时，本发明还使用了一种特制热解系统，在管式炉上连接气体收集器以收集热解过程中的气态产物，后续的测试也表明，该气态产物中含有甲烷（CH₄）和氢气（H₂），具有较高的热值，有一定的应用潜力，也进一步提高了活性炭产品的附加值，降低了生产成本。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提供了一种再生活性炭及其制备方法，所述再生活性炭的原材料为竹渣，通过两步热解和二氧化碳活化法制得。

进一步地，所述竹渣为毛竹渣，竹渣经过去离子水洗涤，在80℃干燥12h，然后在特制热解系统中进行第一步热解过程，制得再生活性炭前驱体。

进一步地，所述第一步热解过程，热解温度设置为350℃，升温速率为5℃/min，通入气体为氮气。

进一步地，所述再生活性炭前驱体浸泡在丙酮溶液中磁力搅拌2h，然后在60℃干燥12h，干燥完成后放入特制热解系统中进行第二步热解过程，热解完成后浸泡在丙酮溶液中磁力搅拌2h，然后在60℃干燥12h，最终制得所述再生活性炭。

进一步地，所述第二步热解过程，热解温度设置为800℃、900℃和1100℃，升温速率为5℃/min，通入气体为二氧化碳。

进一步地，所述丙酮溶液中丙酮的体积浓度为20%，所述丙酮纯度为99%，所述氮气纯度为99.9%，所述二氧化碳纯度为99.9%。