一種基于核桃殼制備活性炭吸附劑的方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于核桃殼制備活性炭吸附劑的方法，屬于廢棄物利用技術領域。本發明針對目前活性炭制備原料昂貴，工藝復雜，且大量集中的核桃殼被丟棄或焚燒，導致環境污染，造成資源的極大浪費的問題，本發明通過核桃殼與碳酸鈉混合，在高溫下擴大核桃殼內部空隙，以雙氧水進行表面氧化，以氫氣作為催化氣，表面接枝硅元素，隨后通過發酵，以焦化廢水中的菌種進行脫除核桃殼中的焦油，同時對核桃殼內部進行改性，豐富空隙結構，最后通過碳化，酸液洗滌，從而制備得比表面大，孔隙發達且吸附性高的活性炭吸附劑。
【專利說明】
一種基于核桃殼制備活性炭吸附劑的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種基于核桃殼制備活性炭吸附劑的方法，屬于廢棄物利用技術領域。
【背景技術】
[0002]活性炭是經過活化處理的黑色多孔的固體物質，具有發達的孔隙結構，有很大比表面積和高吸附能力，并以非晶形為主的含碳材料。活性炭的化學性質穩定，具有耐酸、耐堿、耐高溫等特點，且不溶于水和有機溶劑，既可在氣相中使用，也可以在液相中使用，還可以再生循環利用。因此，活性炭己廣泛應用于醫療衛生、食品加工、交通能源、農業、環境保護、電子、化學工業、濕法冶金和軍事化學防護等各個領域，成為人們日常生活和國防建設以及國民經濟必不可少的重要產品。目前，制備活性炭的原料很多，從理論上講，幾乎所有含碳材料采取適當的工藝均能用于活性炭的制備，實際上活性炭的制備仍然受原料、工藝水平和生產成本諸多因素的制約，現有活性炭制備的原料比較貴、生產工藝比較復雜，尋找廉價的原料和簡單的生產工藝是十分必要的。
[0003]早期制備活性炭的原料主要是木質原料，近年來為了尋求廉價的資源，原料范圍不斷增廣，除傳統的優質木材、鋸木肩，還有農副產物和某些食品工業廢棄物，如核桃殼、甘蔗渣等.中國核桃年產量約20多萬t，生產面積廣，其殼和外果皮幾乎當作廢棄物，類似的堅果如杏核、椰殼等已得到廣泛運用，過去核桃作為干果銷售，其果殼難以回收利用，現在開發了核桃的深加工工藝(一是取仁，二是制油)，大量集中的核桃殼被丟棄或焚燒，造成資源的極大浪費。山核桃殼材質堅硬，已有研究表明山核桃殼的活性炭具有較好的吸附能力，但對水中有毒有機物吸附研究尚未見報道。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題:針對目前活性炭制備原料昂貴，工藝復雜，且大量集中的核桃殼被丟棄或焚燒，導致環境污染，造成資源的極大浪費的問題，本發明通過核桃殼與碳酸鈉混合，在高溫下擴大核桃殼內部空隙，以雙氧水進行表面氧化，以氫氣作為催化氣，表面接枝硅元素，隨后通過發酵，以焦化廢水中的菌種進行脫除核桃殼中的焦油，同時對核桃殼內部進行改性，豐富空隙結構，最后通過碳化，酸液洗滌，從而制備得比表面大，孔隙發達且吸附性高的活性炭吸附劑。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是:
(1)按料液比1:3，取核桃殼與質量分數為10%的碳酸鈉溶液放入高壓反應釜中，設定溫度為120?130°C，以120r/min攪拌40?50min后，降溫至60?70°C，再加入碳酸鈉溶液體積50?55%2.3mol/L雙氧水溶液，繼續攪拌2?3h，隨后以速率30mL/min，向反應釜中充入10°C混合氣，待反應釜溫度降至20?25°C，停止充入混合氣，靜置20?35min，所述混合氣為氫氣和甲硅烷按摩爾比5:1混合而成；
(2)在上述靜置結束后出料并過濾，使用濾液體積70%的質量分數為26 %鹽酸溶液沖洗濾渣，再將濾渣放入風干機中風干，按重量份數計，取50?55份風干后濾渣、38?40份焦化廢水、20?24份酵母浸膏、18?22份蛋白胨、14?16份瓊脂、2?4份酵母粉及15?17份蔗糖，攪拌均勻放入發酵罐中；
(3)設定上述發酵罐溫度為32?36°C，以150r/min攪拌發酵改性10?14h，再將發酵罐中的混合物放入離心機中，以6000r/min離心12?16min，收集沉淀物，使用35mL/min的水沖洗沉淀物20?25min，隨后將沉淀物放入90°C烘箱中，干燥4?6h;
(4)在上述干燥后將沉淀物取出，放入馬弗爐中，使用氮氣保護，在850?880°C下碳化I?2h，隨后將碳化物放入研磨機中研磨，過200目篩，將過篩顆粒浸泡于1.3mol/L鹽酸溶液中，并置于超聲振蕩器中，在45kHz下振蕩22?24min，再過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入100°C烘箱中干燥4?6h，即可得到活性炭吸附劑。
[0006]經檢測本發明所制得的活性炭吸附劑得:比表面積為2896?3260m2/g，孔隙容積約為0.6?0.8mL/g，對亞甲基藍的吸附值189?196mg/g，對碘的吸附值為890?910mg/g，在用量為0.012?0.026g/mL，將本發明活性炭用于廢水處理時，COD去除率為96%以上，重金屬吸附率為82%以上。
[0007]本發明與其他方法相比，有益技術效果是:
(1)本發明充分利用核桃殼資源，實現了廢棄物利用，避免了環境污染，制作成本低，易于操作；
(2)本發明所制得的活性炭比表面積為2896?3260m2/g，孔隙容積約為0.6?0.8mL/g。
【具體實施方式】
[0008]按料液比1:3，取核桃殼與質量分數為10%的碳酸鈉溶液放入高壓反應釜中，設定溫度為120?130°C，以120r/min攪拌40?50min后，降溫至60?70°C，再加入碳酸鈉溶液體積50?55%2.3mol/L雙氧水溶液，繼續攪拌2?3h，隨后以速率30mL/min，向反應釜中充入10°C混合氣，待反應釜溫度降至20?25°C，停止充入混合氣，靜置20?35min，所述混合氣為氫氣和甲硅烷按摩爾比5:1混合而成；
在上述靜置結束后出料并過濾，使用濾液體積70 %的質量分數為26 %鹽酸溶液沖洗濾渣，再將濾渣放入風干機中風干，按重量份數計，取50?55份風干后濾渣、38?40份焦化廢水、20?24份酵母浸膏、18?22份蛋白胨、14?16份瓊脂、2?4份酵母粉及15?17份蔗糖，攪拌均勻放入發酵罐中；設定上述發酵罐溫度為32?36°C，以150r/min攪拌發酵改性10?14h，再將發酵罐中的混合物放入離心機中，以6000r/min離心12?16min，收集沉淀物，使用35mL/min的水沖洗沉淀物20?25min，隨后將沉淀物放入90°C烘箱中，干燥4?6h;在上述干燥后將沉淀物取出，放入馬弗爐中，使用氮氣保護，在850?880°C下碳化I?2h，隨后將碳化物放入研磨機中研磨，過200目篩，將過篩顆粒浸泡于1.3mol/L鹽酸溶液中，并置于超聲振蕩器中，在45kHz下振蕩22?24min，再過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入100°C烘箱中干燥4?6h，即可得到活性炭吸附劑。
[0009]實例I
按料液比1:3，取核桃殼與質量分數為10%的碳酸鈉溶液放入高壓反應釜中，設定溫度為120°C，以120r/min攪拌40min后，降溫至60°C，再加入碳酸鈉溶液體積50 % 2.3mol/L雙氧水溶液，繼續攪拌2h，隨后以速率30mL/min，向反應釜中充入10°C混合氣，待反應釜溫度降至20 °C，停止充入混合氣，靜置20min，所述混合氣為氫氣和甲硅烷按摩爾比5:1混合而成；在上述靜置結束后出料并過濾，使用濾液體積70 %的質量分數為26 %鹽酸溶液沖洗濾渣，再將濾渣放入風干機中風干，按重量份數計，取50份風干后濾渣、40份焦化廢水、24份酵母浸膏、22份蛋白胨、16份瓊脂、4份酵母粉及17份蔗糖，攪拌均勻放入發酵罐中；設定上述發酵罐溫度為36°C，以150r/min攪拌發酵改性10h，再將發酵罐中的混合物放入離心機中，以6000r/min離心12min，收集沉淀物，使用35mL/min的水沖洗沉淀物20min，隨后將沉淀物放入90 °C烘箱中，干燥4h;在上述干燥后將沉淀物取出，放入馬弗爐中，使用氮氣保護，在850°C下碳化lh，隨后將碳化物放入研磨機中研磨，過200目篩，將過篩顆粒浸泡于1.3mol/L鹽酸溶液中，并置于超聲振蕩器中，在45kHz下振蕩22min，再過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入100°C烘箱中干燥4h，即可得到活性炭吸附劑。
[0010]經檢測本發明所制得的活性炭吸附劑得:比表面積為2896m2/g，孔隙容積約為0.6mL/g，對亞甲基藍的吸附值189mg/g，對碘的吸附值為890mg/g，在用量為0.012g/mL，將本發明活性炭用于廢水處理時，COD去除率為96.9%，重金屬吸附率為82.8%。
[0011]實例2
按料液比1:3，取核桃殼與質量分數為10%的碳酸鈉溶液放入高壓反應釜中，設定溫度為130°C，以120r/min攪拌50min后，降溫至70°C，再加入碳酸鈉溶液體積55%2.3mol/L雙氧水溶液，繼續攪拌3h，隨后以速率30mL/min，向反應釜中充入10°C混合氣，待反應釜溫度降至25 0C，停止充入混合氣，靜置35min，所述混合氣為氫氣和甲硅烷按摩爾比5:1混合而成；在上述靜置結束后出料并過濾，使用濾液體積70 %的質量分數為26 %鹽酸溶液沖洗濾渣，再將濾渣放入風干機中風干，按重量份數計，取55份風干后濾渣、38份焦化廢水、20份酵母浸膏、18份蛋白胨、14份瓊脂、2份酵母粉及15份蔗糖，攪拌均勻放入發酵罐中；設定上述發酵罐溫度為36°C，以150r/min攪拌發酵改性14h，再將發酵罐中的混合物放入離心機中，以6000r/min離心16min，收集沉淀物，使用35mL/min的水沖洗沉淀物25min，隨后將沉淀物放入90 °C烘箱中，干燥6h ；在上述干燥后將沉淀物取出，放入馬弗爐中，使用氮氣保護，在880°C下碳化2h，隨后將碳化物放入研磨機中研磨，過200目篩，將過篩顆粒浸泡于1.3mol/L鹽酸溶液中，并置于超聲振蕩器中，在45kHz下振蕩24min，再過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入100°C烘箱中干燥6h，即可得到活性炭吸附劑。
[0012]經檢測本發明所制得的活性炭吸附劑得:比表面積為3260m2/g，孔隙容積約為0.8mL/g，對亞甲基藍的吸附值196mg/g，對碘的吸附值為91 Omg/g，在用量為0.026g/mL，將本發明活性炭用于廢水處理時，COD去除率為100%，重金屬吸附率為96.2%。
[0013]實例3
按料液比1:3，取核桃殼與質量分數為10%的碳酸鈉溶液放入高壓反應釜中，設定溫度為125°C，以120r/min攪拌45min后，降溫至65°C，再加入碳酸鈉溶液體積52%2.3mol/L雙氧水溶液，繼續攪拌2.5h，隨后以速率30mL/min，向反應釜中充入10 °C混合氣，待反應釜溫度降至23°C，停止充入混合氣，靜置28min，所述混合氣為氫氣和甲硅烷按摩爾比5:1混合而成;在上述靜置結束后出料并過濾，使用濾液體積70 %的質量分數為26 %鹽酸溶液沖洗濾渣，再將濾渣放入風干機中風干，按重量份數計，取52份風干后濾渣、39份焦化廢水、22份酵母浸膏、20份蛋白胨、15份瓊脂、3份酵母粉及16份蔗糖，攪拌均勻放入發酵罐中；設定上述發酵罐溫度為34°C，以150r/min攪拌發酵改性12h，再將發酵罐中的混合物放入離心機中，以6000r/min離心14min，收集沉淀物，使用35mL/min的水沖洗沉淀物22min，隨后將沉淀物放入90°C烘箱中，干燥5h;在上述干燥后將沉淀物取出，放入馬弗爐中，使用氮氣保護，在860°C下碳化1.5h，隨后將碳化物放入研磨機中研磨，過200目篩，將過篩顆粒浸泡于1.3mol/L鹽酸溶液中，并置于超聲振蕩器中，在45kHz下振蕩23min，再過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入100°C烘箱中干燥5h，即可得到活性炭吸附劑。
[0014]經檢測本發明所制得的活性炭吸附劑得:比表面積為2996m2/g，孔隙容積約為0.7mL/g，對亞甲基藍的吸附值192mg/g，對碘的吸附值為906mg/g，在用量為0.023g/mL，將本發明活性炭用于廢水處理時，COD去除率為98.2%，重金屬吸附率為92.6%。
【主權項】
1.一種基于核桃殼制備活性炭吸附劑的方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)按料液比1:3，取核桃殼與質量分數為10%的碳酸鈉溶液放入高壓反應釜中，設定溫度為120?130°C，以120r/min攪拌40?50min后，降溫至60?70°C，再加入碳酸鈉溶液體積50?55%2.3mol/L雙氧水溶液，繼續攪拌2?3h，隨后以速率30mL/min，向反應釜中充入10°C混合氣，待反應釜溫度降至20?25°C，停止充入混合氣，靜置20?35min，所述混合氣為氫氣和甲硅烷按摩爾比5:1混合而成； (2)在上述靜置結束后出料并過濾，使用濾液體積70%的質量分數為26%鹽酸溶液沖洗濾渣，再將濾渣放入風干機中風干，按重量份數計，取50?55份風干后濾渣、38?40份焦化廢水、20?24份酵母浸膏、18?22份蛋白胨、14?16份瓊脂、2?4份酵母粉及15?17份蔗糖，攪拌均勻放入發酵罐中； (3)設定上述發酵罐溫度為32?36°C，以150r/min攪拌發酵改性10?14h，再將發酵罐中的混合物放入離心機中，以6000r/min離心12?16min，收集沉淀物，使用35mL/min的水沖洗沉淀物20?25min，隨后將沉淀物放入90°C烘箱中，干燥4?6h; (4)在上述干燥后將沉淀物取出，放入馬弗爐中，使用氮氣保護，在850?880°C下碳化I?2h，隨后將碳化物放入研磨機中研磨，過200目篩，將過篩顆粒浸泡于1.3mol/L鹽酸溶液中，并置于超聲振蕩器中，在45kHz下振蕩22?24min，再過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入100°C烘箱中干燥4?6h，即可得到活性炭吸附劑。
【文檔編號】C01B31/08GK105923631SQ201610547451
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月13日
【發明人】袁春華, 宋奇
【申請人】袁春華