一種廢棄菌糠制備活性炭的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法，本發(fā)明是通過如下方式完成的：去除廢棄菌糠的外層包裝袋，粉碎后加入AlCl3、FeCl3和水，混勻，并緩慢地加入雙氧水，待其反應(yīng)完成后烘干；將廢棄菌糠混合物加入高壓反應(yīng)釜，用超聲波加熱炭化及活化，然后通入SO3蒸氣，并繼續(xù)加熱活化。冷卻后，先用濃鹽水洗滌活性炭，再用去離子水洗滌物料至濾液接近中性。最后樣品在烘箱中干燥至恒重。本發(fā)明以廢棄菌糠為原料制備活性炭，不僅可以降低制備活性炭的成本，而且具有重要的環(huán)保意義。
【專利說明】一種廢棄菌糠制備活性炭的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備活性炭的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種利用廢棄菌糠制備活性炭的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]活性炭不同于木炭、焦炭等炭制品的最大特性是在于它具有極高的吸附能力，活性炭是一種多孔性含碳物質(zhì)，有著悠久的發(fā)展歷史?；钚蕴孔鳛橐环N孔隙發(fā)達的炭質(zhì)材料，已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)和國民經(jīng)濟的各個部門，以及環(huán)境保護和人類生活的各個方面，而且還應(yīng)用于宇宙航行、海洋作業(yè)和尖端科學方面。
[0003]含碳物質(zhì)均可作為成型顆?；钚蕴康闹苽湓?，主要分為兩大類:煤質(zhì)原料和木質(zhì)原料。煤質(zhì)原料主要有無煙煤、褐煤、石油焦、煤泥、弱粘煤等；木質(zhì)原料主要有木屑、竹屑、農(nóng)作物秸桿、含碳廢渣、玉米芯等，另外，也有用除塵灰分離炭粉和廢聚苯乙烯泡沫等為原料來制備成型顆?；钚蕴康?。成型顆粒活性炭的制備通常需要經(jīng)過炭化和活化兩個階段，其中活化過程最為關(guān)鍵，其主要分兩大類:物理活化和化學活化。
[0004]1、物理活化法
[0005]物理活化法也叫氣體活化法，是將原料炭化后再在高溫下用水蒸氣、二氧化碳、空氣或煙道氣等氣體與炭材料發(fā)生反應(yīng)，在炭材料內(nèi)部形成發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)。
[0006]物理活化法制備微孔活性炭的工藝己比較成熟，特別是用于制備價格低廉的煤質(zhì)活性炭，效果非常顯著。但此過程中原料活性低，所需活化時間較長，微孔孔徑分布較難控制，制得活性炭的質(zhì)量不穩(wěn)定，比表面積較低，且中孔不夠發(fā)達，限制了活性炭的應(yīng)用，并且活化溫度高(800?1000°C )，設(shè)備投資大，步驟繁瑣。
[0007]2、化學活化法
[0008]化學活化法也稱藥品活化法，是把化學藥品加入原料中，然后在惰性氣氛中加熱，使原料炭化和活化同時發(fā)生而得到多孔炭的方法?；瘜W活化溫度一般在450?900°C，低于物理活化溫度，比物理活化能耗低；化學活化比物理活化要靈活，通過選擇不同的活化劑和活化條件可獲得適合不同需要的活性炭；另外活化劑影響熱解反應(yīng)并抑制焦油的生成，因此提高了炭產(chǎn)率。所用化學試劑目前應(yīng)用較多、較成熟的化學活化劑有氯化鋅、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀等。這些活化劑起脫水作用，使原料中的氫和氧主要以水蒸氣的形式放出，形成多孔性結(jié)構(gòu)發(fā)達的炭。另外活化劑影響熱解反應(yīng)并抑制焦油的生成，因此提高了炭產(chǎn)率。
[0009]⑴氯化鋅法
[0010]氯化鋅法制造工藝是在原料中加入重量為原料0.5?4倍、比重為1.8左右的濃氯化鋅溶液并進行混合，讓氯化鋅浸潰，然后在回爐中隔絕空氣加熱到600?700°C，由于氯化鋅的脫水作用，原料中的氫和氧主要以水蒸氣的形式放出，形成了多孔性結(jié)構(gòu)發(fā)達的炭。雖然活化溫度比氣體活化法低，但其活化溫度仍然偏高。
[0011]⑵磷酸法
[0012]磷酸活化法是將精細粉碎的原料與磷酸溶液混合，經(jīng)烘干、炭化和活化制成活性炭。由于磷酸有很強的吸水性，可使原料中的氫和氧主要以水蒸氣的形式釋放出去，而不是以碳氫化合物的形式，故較少生成焦油狀有機物。但該工藝過程是在較高的溫度下450°C進行的，高溫下磷酸對設(shè)備腐蝕性很大。
[0013]⑶堿活化法
[0014]以氫氧化鉀、碳酸鉀等堿為活化劑的活性炭化學活化法是在不同的工藝條件下用過量的氫氧化鉀活化，制得的活性炭。這種活化方法收率低，工藝繁瑣，物料處理困難，沒有在工業(yè)上應(yīng)用。
[0015]綜上所述，化學活化法因原料不同制造方法也不同，但其工藝過程基本一致，即:原料制備、與化學活化劑混合、低溫脫水(300?50(TC )、高溫活化(500?90(TC )、水洗(或酸洗)、干燥、產(chǎn)品。這些活化劑起脫水作用，使原料中的氫和氧主要以水蒸氣的形式放出，形成多孔性結(jié)構(gòu)發(fā)達的炭。但現(xiàn)有的化學活化法仍存在工藝復雜、對設(shè)備腐蝕性很大、溫度高、能耗大等不足之處。
[0016]近年來，我國年產(chǎn)各類食用菌已達上千萬噸，居世界第一位。每年隨之產(chǎn)生的菌糠總量也有近600萬噸。這些廢棄菌糠除部分被用作畜禽飼料、有機肥料、花土外，大部分按傳統(tǒng)的處理方法丟棄或焚燒，不但造成資源浪費，而且導致霉菌和害蟲滋生、空氣中有害孢子和害蟲的數(shù)量增加，從而造成環(huán)境污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法，以廢棄菌糠為原料制備活性炭，不僅可以降低制備活性炭的成本，而且減少了廢棄菌糠丟棄或焚燒處理造成的環(huán)境污染，是很好的以廢治廢方式，具有重要的環(huán)保意義。
[0018]本發(fā)明一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法所采用的技術(shù)方案是通過如下方式完成的:該一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法中所用的原料是廢棄菌糠、A1C13、FeCl3和水，其中，該制備活性炭的原料的配方以重量份計為:廢棄菌糠100份、A1C1320?30份、FeCl31?20份、水95?105份；該一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法包括以下步驟:
[0019]⑴去除廢棄菌糠的外層包裝袋，粉碎后按制備活性炭的原料的配方稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3 和水；
[0020]⑵將步驟⑴中稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水放入容器內(nèi)混合均勻成廢棄菌糠混合物，在廢棄菌糠混合物中攪拌下緩慢地加入濃度為30%的雙氧水進行脫氫及氧化反應(yīng)，廢棄菌糠混合物經(jīng)脫氫及氧化反應(yīng)完成后，再經(jīng)進行烘干處理；
[0021]⑶將步驟⑵中經(jīng)烘干處理后的廢棄菌糠混合物放入高壓反應(yīng)釜，用超聲波在250?350V下加熱炭化及活化I?2小時，然后通入SO3蒸氣，在110?120°C下活化0.5?I小時后，冷卻得到活性炭；
[0022]⑷將步驟⑶中得到的活性炭先用濃鹽水洗滌，然后用去離子水洗滌至濾液呈中性；最后得到的活性炭樣品經(jīng)干燥至恒重。
[0023]在所述的一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法中，在步驟⑵中，在廢棄菌糠混合物中加入雙氧水的量按雙氧水與廢棄菌糠的重量比計:雙氧水:廢棄菌糠=(0.1?0.15):1確定的。
[0024]本發(fā)明具有以下特點:
[0025]1、在浸潰和超聲波作用過程中，利用超聲波具有的可以破壞氫鍵和木質(zhì)纖維素的結(jié)晶區(qū)的功能，使纖維素分子中的氫鍵受到破壞，結(jié)晶度下降，結(jié)構(gòu)變得疏松，表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到一定的損傷，比表面積增大，反應(yīng)活性提高。
[0026]2、利用雙氧水在FeCl3和AlCl3的催化作用下生成大量的羥基，其和A1C13、FeCl3等脫氫劑共同作用將木質(zhì)素和纖維素上的氫脫除，并氧化廢棄菌糠中的炭形成大量的微孔。
[0027]3、在質(zhì)子的催化作用下發(fā)生纖維素的解聚，木質(zhì)纖維素脫水，芳香環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成，并在濃硫酸、AlCl3和FeCl3等路易斯酸催化作用下發(fā)生縮合反應(yīng)，從而使原料獲得較高程度地芳構(gòu)化，形成大量孔隙。
[0028]4、SO3蒸氣會擴散入不同的炭層，形成新的孔結(jié)構(gòu)；另外氣態(tài)SO3在微晶的層片間穿行，撐開芳香層片使其發(fā)生扭曲或變形，開發(fā)出新的微孔，有效的解決了化學活化法中化學藥品難以對木質(zhì)纖維素類原料組織滲透難的缺點。
[0029]5、在110?120°C下，SO3蒸氣具有強烈的脫水作用，將廢棄菌糠中的氫和氧按水分子組成脫去，形成的濃硫酸繼續(xù)脫除廢棄菌糠中的氫和氧，使更多的炭得以保留，活性炭的得率較高。同時SO3蒸氣及其形成的濃硫酸具有強氧化性，它能進一步侵蝕炭體而造孔，形成微孔發(fā)達的微晶結(jié)構(gòu)。
[0030]6、在制備活性炭過程中利用雙氧水在FeCl3和AlCl3的催化作用下生成大量的羥基和具有強氧化性的SO3蒸氣及其形成的濃硫酸氧化多孔炭材料表面形成大量的羧基、羰基、酚羥基等含氧官能團，對重金屬離子具有強吸附能力。
[0031]7、本方法制備活性炭顯著降低了炭化、活化溫度，活性炭的得率較高，微孔發(fā)達，比表面積高。

【具體實施方式】
[0032]實施例1:
[0033]一種利用廢棄菌糠制備活性炭的方法，該制備活性炭的方法中所用的原料是廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水，其中，該制備活性炭的原料的配方以重量份計為:廢棄菌糠100份、A1C1320份、FeCl31份、水95份；該一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法包括以下步驟:
[0034]⑴去除廢棄菌糠的外層包裝袋，粉碎后按制備活性炭的原料的配方稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3 和水；
[0035]⑵將步驟⑴中稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水放入容器內(nèi)混合均勻成廢棄菌糠混合物，在廢棄菌糠混合物中攪拌下緩慢地加入濃度為30%的雙氧水進行脫氫及氧化反應(yīng)，廢棄菌糠混合物經(jīng)脫氫及氧化反應(yīng)完成后，再經(jīng)進行烘干處理；其中，加入雙氧水的量按雙氧水與廢棄菌糠的重量比計:雙氧水:廢棄菌糠=(0.1?0.15):1確定的；
[0036]⑶將步驟⑵中經(jīng)烘干處理后的廢棄菌糠混合物放入高壓反應(yīng)釜，用超聲波在250?350°C下加熱炭化及活化I小時，然后通入SO3蒸氣，在110°C下活化0.5小時后，冷卻得到活性炭；
[0037]⑷將步驟⑶中得到的活性炭先用濃鹽水洗滌，然后用去離子水洗滌至濾液呈中性；最后得到的活性炭樣品經(jīng)干燥至恒重。
[0038]實施例2:
[0039]一種利用廢棄菌糠制備活性炭的方法，該制備活性炭的方法中所用的原料是廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水，其中，該制備活性炭的原料的配方以重量份計為:廢棄菌糠100份、A1C1330份、FeCl320份、水105份；該一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法包括以下步驟:
[0040]⑴去除廢棄菌糠的外層包裝袋，粉碎后按制備活性炭的原料的配方稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3 和水；
[0041]⑵將步驟⑴中稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水放入容器內(nèi)混合均勻成廢棄菌糠混合物，在廢棄菌糠混合物中攪拌下緩慢地加入濃度為30%的雙氧水進行脫氫及氧化反應(yīng)，廢棄菌糠混合物經(jīng)脫氫及氧化反應(yīng)完成后，再經(jīng)進行烘干處理；其中，加入雙氧水的量按雙氧水與廢棄菌糠的重量比計:雙氧水:廢棄菌糠=(0.1?0.15):1確定的；
[0042]⑶將步驟⑵中經(jīng)烘干處理后的廢棄菌糠混合物放入高壓反應(yīng)釜，用超聲波在350°C下加熱炭化及活化2小時，然后通入SO3蒸氣，在120°C下活化I小時后，冷卻得到活性炭；
[0043]⑷將步驟⑶中得到的活性炭先用濃鹽水洗滌，然后用去離子水洗滌至濾液呈中性；最后得到的活性炭樣品經(jīng)干燥至恒重。
[0044]實施例3:
[0045]一種利用廢棄菌糠制備活性炭的方法，該制備活性炭的方法中所用的原料是廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水，其中，該制備活性炭的原料的配方以重量份計為:廢棄菌糠100份、A1C1325份、FeCl315份、水100份；該一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法包括以下步驟:
[0046]⑴去除廢棄菌糠的外層包裝袋，粉碎后按制備活性炭的原料的配方稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3 和水；
[0047]⑵將步驟⑴中稱取廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水放入容器內(nèi)混合均勻成廢棄菌糠混合物，在廢棄菌糠混合物中攪拌下緩慢地加入濃度為30%的雙氧水進行脫氫及氧化反應(yīng)，廢棄菌糠混合物經(jīng)脫氫及氧化反應(yīng)完成后，再經(jīng)進行烘干處理；其中，加入雙氧水的量按雙氧水與廢棄菌糠的重量比計:雙氧水:廢棄菌糠=(0.1?0.15):1確定的；
[0048]⑶將步驟⑵中經(jīng)烘干處理后的廢棄菌糠混合物放入高壓反應(yīng)釜，用超聲波在300°C下加熱炭化及活化1.5小時，然后通入SO3蒸氣，在115°C下活化I小時后，冷卻得到活性炭；
[0049]⑷將步驟⑶中得到的活性炭先用濃鹽水洗滌，然后用去離子水洗滌至濾液呈中性；最后得到的活性炭樣品經(jīng)干燥至恒重。
【權(quán)利要求】
1.用一種廢棄菌糠制備活性炭方法，其特征在于制備活性炭的原料是廢棄菌糠、AlCl3、FeCl3和水，其中，該制備活性炭的原料的配方以重量份計為:廢棄菌糠100份、AlCl320?30份、FeCl3 10?20份、水95?105份；所述的一種用廢棄菌糠制備活性炭的方法包括以下步驟: (I)去除廢棄菌糠的外層包裝袋，粉碎后按制備活性炭的原料的配方稱取廢棄菌糠、A1C13、FeCl3 和水； ⑵將步驟⑴中稱取廢棄菌糠、A1C13、FeCl3和水放入容器內(nèi)混合均勻成廢棄菌糠混合物，在廢棄菌糠混合物中攪拌下緩慢地加入濃度為30%的雙氧水進行脫氫及氧化反應(yīng)，廢棄菌糠混合物經(jīng)脫氫及氧化反應(yīng)完成后，再經(jīng)進行烘干處理； ⑶將步驟⑵中經(jīng)烘干處理后的廢棄菌糠混合物放入高壓反應(yīng)釜，用超聲波在250?350°C下加熱炭化及活化I?2小時，然后通入SO3蒸氣，在110?120°C下活化0.5?I小時后，冷卻得到活性炭； ⑷將步驟(3)中得到的活性炭先用濃鹽水洗滌，然后用去離子水洗滌至濾液呈中性；最后得到的活性炭樣品經(jīng)干燥至恒重。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢棄菌糠制備活性炭的方法，其特征在于在步驟⑵中，在廢棄菌糠混合物中加入雙氧水的量是按雙氧水與廢棄菌糠的重量比計:雙氧水:廢棄菌糠=(0.1?0.15):1確定的。
【文檔編號】C01B31/10GK104310394SQ201410545461
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】李小忠, 徐強強 申請人:浙江師范大學