一種核桃殼制備高比表面積活性炭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核桃殼制備高比表面積活性炭的方法，屬于資源綜合利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭作為一種性能優(yōu)良的多孔材料被廣泛地應(yīng)用于諸多的工業(yè)領(lǐng)域，例如氣相/液相的分離/純化，廢水處理，催化劑載體，超級電容器，能源儲存等。隨著人類社會的發(fā)展，活性炭的應(yīng)用范圍越來越廣泛、需求量也越來越大，此外對活性炭本身的質(zhì)量也要求越來越高。
[0003]據(jù)分析，每10g核桃殼種含灰分0.663g、水分9.59g、苯醇抽取物3.71g、木質(zhì)素38.05g、纖維素30.88g、半纖維素27.26g，是一種非常好的生產(chǎn)活性炭的原料。過去核桃作為干果銷售，其果殼難以回收利用，而現(xiàn)在許多核桃唄深加工利用，所生產(chǎn)的的大量集中的核桃殼卻被丟棄或焚燒，造成資源的加大浪費(fèi)。因此，加強(qiáng)對核桃殼的綜合利用，避免核桃殼資源的浪費(fèi)，生產(chǎn)附加值高的產(chǎn)品，不僅可以有效地處理固體廢棄物，而且能夠變廢為寶，提高經(jīng)濟(jì)收入。
[0004]本發(fā)明以碳化質(zhì)量高收率較高的核桃殼為原料，首次采用往炭化料底部吹0)2的方式極大地提高了炭化料的活化效果，降低活性炭的生產(chǎn)成本，減輕環(huán)境污染，做到了變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了自然資源的綜合利用，且在活化過程中采用的是微波加熱方式，極大地降低了能源消耗，極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有良好的環(huán)境、能源和社會效益。生產(chǎn)出來的活性炭的比表面積高且富含微孔、吸附能力強(qiáng)、灰分較低，可作為超級電容器得電極材料。這就為加強(qiáng)對核桃殼的綜合利用、避免核桃殼資源的浪費(fèi)提供了一個(gè)切實(shí)可行的方法。
[0005]申請人在專利號為200710069706.3的專利里，公開了 “一種煤摻雜山核桃殼基超級活性炭的制備方法”，這種方法是把炭化后的煤與炭化后的山核桃殼粉碎后一起和氫氧化鈉、乙醇混合，然后升至一定溫度經(jīng)過活化制備出煤摻雜山核桃殼基超級活性炭。上述發(fā)明與本發(fā)明相比，一是本發(fā)明的原料是核桃殼，沒有限制一定要山核桃殼，這就擴(kuò)大了原料的來源；二是上述發(fā)明摻雜了煤粉，在資源越來越少的年代，使用煤粉做大規(guī)模活性炭的生產(chǎn)是一種浪費(fèi)。另外上述發(fā)明還使用了大量的氫氧化鈉和乙醇活化劑，極大地浪費(fèi)了資源，而本發(fā)明只是用堿碳質(zhì)量比較低的KOH活化劑，節(jié)約經(jīng)濟(jì)；三是上述發(fā)明使用常規(guī)加熱，將整個(gè)制備時(shí)間延長了，加熱過程需要4~7h，而本發(fā)明采用微波加熱節(jié)約了 90%的時(shí)間，且通過自制的碳粉雙螺旋微波加熱爐可以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0006]申請人在專利號為201210549224.9的專利里，公開了一種“核桃殼活性炭的制備方法”，這種方法是將破碎至0.4-0.5mm的核桃殼放入濃度為40~70%的磷酸溶液中浸泡10~20h，然后放入馬弗爐內(nèi)活化，冷卻后用蒸餾水洗至中性，最后將其烘干研磨，即得到核桃殼活性炭。上述發(fā)明與本發(fā)明相比:一是上述方法使用磷酸作為處理劑，不僅增加了成本，而且磷酸比較容易引發(fā)安全事故，本發(fā)明采用氫氧化鉀核桃殼固相混合，不會引發(fā)事故；二是上述方法中采用馬弗爐常規(guī)加熱，時(shí)間會比較長，而本發(fā)明采用微波加熱，節(jié)約了很多時(shí)間；三是上述方法中制備的是普通活性炭，難以滿足一些特殊領(lǐng)域的要求，而本發(fā)明制備的高比表面積活性炭足夠滿足其要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種核桃殼制備高比表面積活性炭的方法，以核桃殼為原料，采用往炭化料底部吹CO2較低浸漬比的KOH活化劑的方式制備高比表面積活性炭(碘值為350~450mg/g);該方法做到了變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了自然資源的綜合利用，有利于緩解資源與環(huán)境的壓力，具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益；本發(fā)明具體包括一下步驟:
(1)將核桃殼破碎至100-200目，備用;
(2)按質(zhì)量比為1:2~1:3的比例將步驟(I)得到的核桃殼與KOH混合均勻裝入反應(yīng)容器中，然后放入微波裝置(功率5~10 kff)中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行微波加熱35~40min ；
(3)在微波加熱到26~30min時(shí)連通反應(yīng)容器底部的導(dǎo)管吹入5~7min吹入C02，同時(shí)開啟超聲波發(fā)生器(功率為100~300 W)，加熱完畢后關(guān)閉微波裝置和超聲波發(fā)生器，將物料轉(zhuǎn)移至裝有自來水的燒杯中進(jìn)行水洗，然后過濾，得濾液和濾渣；
(4)從濾液中回收殘留的Κ0Η，用鹽酸洗滌濾渣1~2次，并對酸洗后濾渣采用自來水洗滌至洗滌液PH值為6~7，最后所得濾渣在105~115°C下干燥l~2h，即得到表面積活性炭。
[0008]本發(fā)明所述原材料為核桃殼，材質(zhì)非常硬，密度也比較高，產(chǎn)品強(qiáng)度特別高，此外由于核桃本身含有多種有機(jī)物，由其所制備的活性炭表面主要含有硝基類等官能團(tuán)；該產(chǎn)品具有比表面積大、微中孔率高、電化性能好等特點(diǎn)，主要用于高性能燃料電池、雙電層超級電容器等領(lǐng)域。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
(I)本方法選取農(nóng)業(yè)廢棄核桃殼生產(chǎn)活性炭，是變廢為寶，不僅實(shí)現(xiàn)了農(nóng)林資源的綜合利用，而且為提高果農(nóng)的收入開辟了一條可行的方法。
[0010](2)本方法將傳統(tǒng)的炭化一活化制備工藝改進(jìn)為微波加熱一步到位高效制備法，不僅利用了微波加熱能效高的優(yōu)點(diǎn)、節(jié)約了整個(gè)制備所需的時(shí)間，而且將工藝過程變得更為簡單方便。
[0011](3)本方法采取KOH和CO2活化劑聯(lián)合活化的方法，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，不僅降低了 KOH活化劑的耗用量，而且充分利用了兩者的優(yōu)點(diǎn)，分步進(jìn)行，先通過KOH活化劑高效快速打開孔道，KOH和C會生成單質(zhì)鉀，鉀蒸汽的擴(kuò)散從而讓炭化料形成大量孔隙，在加熱達(dá)到一定活化程度且炭化料產(chǎn)生了大量的活性炭點(diǎn)，此時(shí)再通過CO2活化氣體加強(qiáng)活化，此時(shí)活性炭點(diǎn)與CO2在高溫下生產(chǎn)CO氣體，從而在炭化料上又生成大量的發(fā)達(dá)孔隙。
[0012](4)本方法采取加熱前通入l~2min氮?dú)獾姆绞?，不僅降低了物料的燒蝕率，而且極大地節(jié)約了氮?dú)獾挠昧?，充分?jiān)定的踐行了可持續(xù)發(fā)展原則，節(jié)約經(jīng)濟(jì)。
[0013](5)本發(fā)明所述方法在加熱后期物料底部吹CO2，極大地提高了活化效果；加熱后期物料溫度比較高，比較容易燒蝕，CO2氣層有利于保護(hù)物料；活化過程有大量活化氣體產(chǎn)生，CO2的通入不僅改善了其動力學(xué)條件，而且在高溫下更易發(fā)揮其活化能力也加強(qiáng)了底部物料的活化程度。
[0014](6)本方法采取加熱后期開啟超聲波的方式，利用了它的空化作用和超混合作用，不僅可以擴(kuò)展活性炭的孔隙，而且可以改善活化過程的動力學(xué)條件。
[0015](7)本方法采取活化物料加熱完后冷熱交替的方式，進(jìn)一步孔