于約Imm2(大多數(shù)信號來自700X300ym 的區(qū)域）。
[0130] X射線衍射（XRD)用于鑒別嵌入樣本中的納米級晶體。使用具有超能探測器 (X'Celerator)檢測器（CuKal 射線，k=1.5418 A )的 X'PERT-PRO PANalyical 粉末衍射 儀，在2 0 = 20. 0°至70. 0°之間，在反射模式下，收集磁性活化HTC生物質(zhì)的XRD圖案。
[0131] 在200kV下操作的JEOL TEM(JEM-2100)上進行TEM。記錄涵蓋126°范圍的傾斜 系列的TEM圖像，其中傾斜突變?yōu)?° (總計63幅圖像）。使用ImageJ來預處理傾斜系列 圖像并且采用TomoJ進行層析重建。樣品被分散在絕對乙醇中并且通過超聲處理10分鐘。 將一滴懸浮液轉(zhuǎn)移到銅載網(wǎng)中。為了促進層析重建中的圖像對準，隨后將含有良好分散的 尺寸為IOnm的Au納米粒子的一滴懸浮液施加到銅載網(wǎng)上。根據(jù)Au標志物對準圖像。在 TomoJ中以0. 1的弛豫系數(shù)進行ART算法的15次迭代。
[0132] 用 JEOL JSM-7000F 和 JEOL JSM-7401F 掃描電子顯微鏡，分別以 2. OkV 和 1.0 kV 的加速電壓，記錄SEM顯微照片。樣本在牛津（Oxford)鋁短柱上稀薄地擴散并且通過干燥 的膠態(tài)碳涂布。
[0133] 使用量子設計（QuantumDesign)PPMS儀器測量材料的磁滯回線。將幾毫克粉末 松散地填充在聚丙烯杯中并且在300K下在從-20k0e變化到+20k0e的磁場中測量。在圖 6中不出了結(jié)果。
[0134] 結(jié)果和討論
[0135] 活化HTC生物質(zhì)的特征化
[0136] 活性碳的性質(zhì)取決于HTC生物質(zhì)的化學性質(zhì)和所應用的加工條件兩者。活化HTC 草割肩和HTC馬糞肥具有類似于商業(yè)來源的活性碳的比表面積，參見表1。來自HTC啤酒 廢棄物的活性碳和HTC生物污泥與其他物質(zhì)相比具有較低的比表面積?；罨疕TC生物污泥 更顯著減少的表面積可以歸因于它的較大量的惰性灰分。與HTC馬糞肥和HTC生物污泥相 比，HTC啤酒廢棄物和HTC草割肩活化成活性碳的產(chǎn)率更高。較高產(chǎn)率與較高程度的碳化 相關。表1呈現(xiàn)在固定的處理條件下活化活性碳的數(shù)據(jù)。
[0137] 朗繆爾模型描述微孔碳孔所記錄的吸附數(shù)據(jù)，并且BET模型描述間隙孔碳孔所記 錄的吸附數(shù)據(jù)。在后者中可以進行多層吸附。圖2呈現(xiàn)N2吸附等溫線，a)馬糞肥、b)草割 肩、c)啤酒廢棄物以及d)生物污泥、e)商業(yè)活性碳、以及f)商業(yè)活性碳和從四種水熱碳化 (HTC)生物質(zhì)制備的活性碳的孔徑分布；馬糞肥（);草割肩（▲);啤酒廢棄物（魯）； 生物污泥（▼);商業(yè)活性碳（?)。
[0138] 對于活化HTC草割肩和HTC啤酒廢棄物攝入隊的等溫線揭示與少量較大孔隙組合 的微孔材料的特征。在低相對壓力下，可見根據(jù)IUPAC分類的I型行為，而較小滯回線指示 間隙孔隙。對于活化HTC馬糞肥、HTC生物污泥以及商業(yè)活性碳來說，N2等溫線示出較大的 吸附和解吸附的滯回線，其對于毛細管凝聚和間隙孔隙來說是典型的。圖2f呈現(xiàn)使用DFT 根據(jù)吸附分支估計的孔徑的相關分布。裂縫模型用于針對孔隙的DFT模型中（參見圖4a中 的TEM圖像）。來自HTC馬糞肥的活性碳中的間隙孔示出平均裂縫尺寸約14nm的寬分布。 微孔隙示出了裂縫在〇. 7nm和I. 3nm處達到峰值的明顯的雙峰式分布。
[0139] 表1.在800°C下用0)2以17dm3A的流速和a的活化時間活化的水熱碳化（HTC) 生物質(zhì)的活性碳的產(chǎn)率、灰分含量以及紋理性質(zhì)。通過氮吸附測定紋理性質(zhì)。
[0140]
【主權(quán)項】
1. 一種用于制備磁性活性碳的方法，該方法包括以下步驟： a) 在自生壓力下，在180°C與250°C之間的溫度下，在酸性條件下，在鐵離子的存在下， 水熱處理一種包含生物質(zhì)的水性溶液，以獲得一種前體產(chǎn)物，并且 b) 通過在550°C與850°C之間的高溫下混合一種活化劑，持續(xù)最高達9h的時間來活化 在步驟a)中獲得的前驅(qū)體產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法包括在活化之前萃取水熱碳化的生物質(zhì)的另一 個步驟，其中有機溶劑選自烷醇、烷基酯或酮。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在700°C與800°C之間的高溫下混合該活化 劑，持續(xù)在此與8h之間的時間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其中該活化劑為一種選自下組的氣體或 蒸氣，該組包含：CO2、稀釋的02和/或惰性氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該氣體或蒸氣的流速為在5dm3/h與75dm3/h之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在大氣壓下每5克前體材料的流速為在5dm3/h與 75dm3/h之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的方法，其中所使用的該鐵為一種包含F(xiàn)e2+和/ 或Fe3+的鐵鹽或合金。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法，其中該生物質(zhì)選自下組，該組包含草割 肩、來自發(fā)酵和堆肥過程的生物廢棄物、改性的碳水化合物、城市和工業(yè)生物污泥、氨基多 糖、來自有蹄動物的排泄物、藻類、海草、水萌蘆以及甘蔗渣、或其混合物。
9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的方法制備的磁性活性碳。
10. -種從生物質(zhì)獲得的磁性活性碳，其特征在于包含在250m2/g與1000 mVg之間的 表面積，在0. 250cm3/g與I.OcmVg之間的總孔隙體積，在0. 050cm3/g與0. 30cm3/g之間的 微孔體積以及在該磁性活性碳重量的2wt. %與IOwt. %之間的鐵含量，并且進一步包含具 有的直徑為大于碳化生物質(zhì)的孔隙尺寸的結(jié)晶氧化鐵納米粒子。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的磁性活性碳，其中這些氧化鐵磁性納米粒子的直徑為 在IOnm與50nm之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9到11中任一項所述的磁性活性碳，其中這些氧化鐵納米粒子的直 徑為在20nm與40nm之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9到12中任一項所述的磁性活性碳，其中該表面積為在600m2/g與 1000m2g之間并且該總孔隙體積為在0. 50cm3/g與I. 0cm3/g之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9到13中任一項所述的磁性活性碳，其中該生物質(zhì)選自下組，該組包 含：草割肩、來自發(fā)酵和堆肥過程的生物廢棄物、改性的碳水化合物、城市和工業(yè)生物污泥、 氨基多糖、來自有蹄動物的排泄物、藻類、海草、水萌蘆以及甘蔗渣、或其混合物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9到14中任一項所述的磁性活性碳的用途，用于分離并且儲存氣 體；純化液體；從污水殘水和飲用水中移除藥物殘余物；異基因催化劑載體；水族館和工業(yè) 魚場；工業(yè)用水；脫咖啡因工藝；化學溢出物清除；油、液體、油漆、管道以及建筑材料中被 電磁加熱的復合物；脫色；除臭；純化氮氣和甲烷；燃料電池、超級電容器以及電池組中的 清洗電極。另一個實施例涉及以下用途：分離氣體；純化氣體；純化液體如水；醫(yī)療應用；水 族館泵；工業(yè)用水處理；脫咖啡因工藝；污水處理；化學溢出物清除；脫色；除臭；催化劑載 體；氮氣純化；氧氣純化；沼氣提純；天然氣提純；燃料電池和/或電池組以及超級電容器 中的電極材料。
16. -種用于從液體和/或氣體中分離粒子的方法，該方法包括以下步驟； 步驟1)在被適配成用于保持液體和/或氣體的容器中提供根據(jù)權(quán)利要求9到14中任 一項所述的磁性活性碳， 步驟2)使該液體和/或氣體與所述磁性活性碳在所述容器中接觸以純化液體和/或 氣體而不含粒子， 步驟3)向所述容器施加一個電磁場以便從該液體和/或氣體中分離所述磁性活性碳， 步驟4)從該容器中移出該液體和/或氣體， 步驟5)停止該電磁場，并且任選地， 步驟6)用一種新的需純化的液體和/或氣體填充該容器并且重復步驟3)到5)，并且 進一步任選地 步驟7)提純或破壞該磁性活性碳。
17. -種用于再生磁性活性碳的方法，該方法包括施加一個振蕩電磁場用于加熱嵌入 該磁性活性碳中的這些鐵粒子。
18. -種用于加熱包含磁性活性碳的液體或固體的方法，其中該方法包括施加一個振 蕩電磁場用于加熱嵌入該磁性活性碳中的這些鐵粒子。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中施加一個處于在30KHz與3MHz之間的頻 率的振蕩電磁場。
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制備磁性活性碳的方法，該方法包括以下步驟：a)在自生壓力下，在180℃與250℃之間的溫度下，在酸性條件下，在鐵離子的存在下，水熱處理一種包含生物質(zhì)的水性溶液，以獲得一種前體產(chǎn)物；b)通過在550℃與850℃之間的高溫下混合一種活化劑持續(xù)最高達9h的時間來活化在步驟a)中獲得的前驅(qū)體產(chǎn)物。本發(fā)明還涉及根據(jù)所述方法制備的磁性活性碳以及該磁性活性碳用于分離并且儲存氣體以及純化液體的用途。此外，本發(fā)明涉及一種用于從液體和/或氣體中分離粒子的方法，以及通過使用振蕩電磁場加熱來再生磁性活性碳的方法。
【IPC分類】B01J20-20, C01B31-08, B01J20-28
【公開號】CN104703689
【申請?zhí)枴緾N201380050153
【發(fā)明人】尼克拉斯·赫丁, 馬爾特·利爾列斯塔勒, 浩·文明, 伊娃·比約克曼
【申請人】拜歐科利爾列斯塔勒兩合公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年8月16日
【公告號】EP2885076A1, US20150217222, WO2014027953A1