本發(fā)明屬于活性炭的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以氧化鋅為活化劑制備活性炭的方法。
背景技術(shù)：
活性炭是一種具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)、高比表面積、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、表面官能團(tuán)豐富和易再生等一系列優(yōu)點(diǎn)的多孔材料。除被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)等傳統(tǒng)吸附領(lǐng)域外，在燃料氣的吸附儲(chǔ)存、氣體分離、超級(jí)電容器電極材料、催化劑載體等領(lǐng)域也得到了充分應(yīng)用。
活性炭按制備方法主要分為化學(xué)法和物理法。化學(xué)法指的是將原料與活化劑浸漬混合后，碳化活化一步完成，其依據(jù)的是活化劑和碳的化學(xué)作用從而擴(kuò)孔，其中活化劑主要是堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無(wú)機(jī)鹽及酸類，目前比較成熟的是KOH、H3PO4和ZnCl2等；物理法指的是先將原料碳化后通入活化氣體活化，活化氣體以水蒸氣和CO2為主。由于化學(xué)法制備得到的活性炭其孔結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于物理法，且生產(chǎn)耗能小，是活性炭工業(yè)生產(chǎn)的主要方法，但在生產(chǎn)過程中化學(xué)試劑對(duì)環(huán)境的污染也成為活性炭工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。
目前世界上最主要的制備活性炭的原料為生物質(zhì)和煤。隨著資源、能源危機(jī)和環(huán)境問題日益突出，以可再生的秸稈、果殼、木材等木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)為原料制備活性炭已成為一種趨勢(shì)。為了充分利用生物質(zhì)資源同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的危害，尋求一種高效無(wú)污染且可循環(huán)利用的活性炭生產(chǎn)方式顯得尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服以ZnCl2為活化劑制備活性炭時(shí)，由于高溫條件下ZnCl2揮發(fā)較為嚴(yán)重，不僅帶來(lái)污染而且成本較高的問題，提供一種以生物質(zhì)為原料，以低濃度ZnCl2為碳化劑并以其水解得到的ZnO為活化劑制備活性炭的方法。
解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案由下述步驟組成：
1、室溫下，將粉碎過篩后的生物質(zhì)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～30％的ZnCl2水溶液中浸泡8～12h。
2、將步驟1的混合物在100～250℃下進(jìn)行脫水碳化，待脫水完成后加入蒸餾水繼續(xù)脫水碳化，重復(fù)3～8次，使ZnCl2完全水解成ZnO。
3、在惰性氣體保護(hù)下，將步驟2水解完后的混合物升溫至700～900℃，恒溫活化1～6h。
4、將步驟3得到的活化料在惰性氣體保護(hù)下冷卻至100℃以下，用鹽酸煮到微沸，再用熱水抽濾洗滌至pH值為6～7，然后在120～150℃下干燥，得到活性炭。
5、收集步驟4中的濾液，按照步驟1的方法重復(fù)使用。
上述的生物質(zhì)為長(zhǎng)柄扁桃殼、杏殼或核桃殼，其粉碎過篩后為100～200目。
上述步驟1中，優(yōu)選生物質(zhì)與ZnCl2水溶液的質(zhì)量-體積比為1g:1～5mL。
上述步驟2中，優(yōu)選在120～150℃下進(jìn)行脫水碳化。
上述步驟3中，優(yōu)選在惰性氣體保護(hù)下，將步驟2水解完后的混合物以5～50℃/min的升溫速率升溫至750～850℃，恒溫活化2～4h。
上述的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤?，惰性氣體流速為10～200mL/min。
本發(fā)明以生物質(zhì)為原料，以低濃度ZnCl2為碳化劑，通過將ZnCl2水解為ZnO，ZnO熔點(diǎn)較高，不易揮發(fā)，在制備活性炭的過程中ZnO作為活化劑能夠催化木質(zhì)素裂解，產(chǎn)生CO2和H2O等小分子氣體，CO2和H2O能夠與碳反應(yīng)從而生成多孔結(jié)構(gòu)的活性炭，所得活性炭的比表面積大，碘吸附值大于1000mg/g。而且本發(fā)明在后處理過程中，能夠用鹽酸將ZnO轉(zhuǎn)化為ZnCl2回收利用，大大降低了活性炭的生產(chǎn)成本，而且解決了以ZnCl2為活化劑帶來(lái)的環(huán)境污染問題。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1
1、稱取粉碎過200目篩后的長(zhǎng)柄扁桃殼粉末10g，將其加入到15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的ZnCl2水溶液中攪拌均勻，室溫浸泡12h。
2、將步驟1所得混合物置于烘箱中在120℃下進(jìn)行脫水碳化，待脫水完成后加入12mL蒸餾水進(jìn)行進(jìn)行脫水碳化，促使ZnCl2水解，重復(fù)7次，使ZnCl2完全水解成ZnO。
3、在流速為200mL/min氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟2水解完后的混合物以30℃/min的升溫速率升溫至850℃，恒溫活化3h。
4、將步驟3得到的活化料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至50℃后取出，向活化料中加入8mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的鹽酸水溶液煮至微沸，再用熱水抽濾洗滌至pH值為6～7，然后在150℃下干燥，得到比表面積為1050m2/g的活性炭，其得率為25％。
5、收集步驟4中的濾液，其為ZnCl2水溶液，可按照步驟1的方法重復(fù)使用，用于重新浸泡長(zhǎng)柄扁桃殼粉末。
實(shí)施例2
1、稱取粉碎過200目篩后的長(zhǎng)柄扁桃殼粉末10g，將其加入到15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的ZnCl2水溶液中攪拌均勻，室溫浸泡12h。
2、將步驟1所得混合物置于烘箱中在150℃下進(jìn)行脫水碳化，待脫水完成后加入12mL蒸餾水進(jìn)行進(jìn)行脫水碳化，促使ZnCl2水解，重復(fù)6次，使ZnCl2完全水解成ZnO。
3、在流速為100mL/min氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟2水解完后的混合物以15℃/min的升溫速率升溫至800℃，恒溫活化3h。
4、將步驟3得到的活化料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至50℃后取出，向活化料中加入6mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的鹽酸水溶液煮至微沸，再用熱水抽濾洗滌至pH值為6～7，然后在150℃下干燥，得到比表面積為1061m2/g的活性炭，其得率為26.4％。
5、收集步驟4中的濾液，其為ZnCl2水溶液，可按照步驟1的方法重復(fù)使用，用于重新浸泡長(zhǎng)柄扁桃殼粉末。
實(shí)施例3
1、稱取粉碎過200目篩后的長(zhǎng)柄扁桃殼粉末10g，將其加入到15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的ZnCl2水溶液中攪拌均勻，室溫浸泡12h。
2、將步驟1所得混合物置于烘箱中在180℃下進(jìn)行脫水碳化，待脫水完成后加入12mL蒸餾水進(jìn)行進(jìn)行脫水碳化，促使ZnCl2水解，重復(fù)4次，使ZnCl2完全水解成ZnO。
3、在流速為50mL/min氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟2水解完后的混合物以20℃/min的升溫速率升溫至750℃，恒溫活化2.5h。
4、將步驟3得到的活化料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至50℃后取出，向活化料中加入4mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的鹽酸水溶液煮至微沸，再用熱水抽濾洗滌至pH值為6～7，然后在150℃下干燥，得到比表面積為1033m2/g的活性炭，其得率為27.6％。
5、收集步驟4中的濾液，其為ZnCl2水溶液，可按照步驟1的方法重復(fù)使用，用于重新浸泡長(zhǎng)柄扁桃殼粉末。
實(shí)施例4
1、稱取粉碎過100目篩后的長(zhǎng)柄扁桃殼粉末10g，將其加入到15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的ZnCl2水溶液中攪拌均勻，室溫浸泡12h。
2、將步驟1所得混合物置于烘箱中在250℃下進(jìn)行脫水碳化，待脫水完成后加入12mL蒸餾水進(jìn)行進(jìn)行脫水碳化，促使ZnCl2水解，重復(fù)8次，使ZnCl2完全水解成ZnO。
3、在流速為10mL/min氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟2水解完后的混合物以20℃/min的升溫速率升溫至700℃，恒溫活化4h。
4、將步驟3得到的活化料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至50℃后取出，向活化料中加入10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的鹽酸水溶液煮至微沸，再用熱水抽濾洗滌至pH值為6～7，然后在150℃下干燥，得到比表面積為1282m2/g的活性炭，其得率為25.8％。
5、收集步驟4中的濾液，其為ZnCl2水溶液，可按照步驟1的方法重復(fù)使用，用于重新浸泡長(zhǎng)柄扁桃殼粉末。