阅读说明：本技术 生物活性炭及其制备方法 (Biological activated carbon and preparation method thereof ) 是由 李海朝 张净净 石成龙 张丽娟 祝永强 王广乐 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：一种生物活性炭及其制备方法,涉及吸附材料领域。生物活性炭的制备方法包括：将原料浸渍于活化剂的水溶液中5-12h,在空气气氛中,将浸渍后的原料在300-700℃保温活化至少30min。其中,原料包括羽毛和毛发中的至少一种,活化剂选自磷酸、氢氧化钾或氯化锌。该制备方法在制备过程无需惰性气体保护、工艺简单,易于生产,同时以羽毛或毛发为原料,经活化剂改性后活化,制备出比表面积大,吸附性能高的生物活性炭；不仅有利于实现羽毛或毛发的资源化利用,而且有利于节约木材、煤炭等资源,节省制作成本,具有较佳的商业价值。(A biological activated carbon and a preparation method thereof relate to the field of adsorption materials. The preparation method of the biological activated carbon comprises the following steps: soaking the raw material in the aqueous solution of an activating agent for 5-12h, and in an air atmosphere, preserving the heat of the soaked raw material at the temperature of 300-700 ℃ for activation for at least 30 min. Wherein the raw material comprises at least one of feather and hair, and the activating agent is selected from phosphoric acid, potassium hydroxide or zinc chloride. The preparation method does not need inert gas protection in the preparation process, has simple process and easy production, and takes the feathers or the hair as the raw material, and the feather or the hair is activated after being modified by the activating agent to prepare the biological activated carbon with large specific surface area and high adsorption performance; the feather and hair recycling agent is beneficial to realizing the resource utilization of feathers or hairs, saving resources such as wood, coal and the like, saving the manufacturing cost and having better commercial value.)

生物活性炭及其制备方法

技术领域

本申请涉及吸附材料领域，具体而言，涉及一种生物活性炭及其制备方法。

背景技术

炭吸附材料是一类多孔性含炭材料，具有孔隙结构发达、比表面积大等特点，是优良的吸附剂，性能稳定，而且容易再生，是一种环境友好型的吸附剂，广泛应用于冶金、化工、环保等方向。目前，在炭吸附材料制备过程中，主要以木材、煤、各种坚果壳等含碳元素丰富的物质为原料，开发利用可再生资源制备活性炭很有必要。

发明内容

本申请提供一种生物活性炭及其制备方法，以改善上述技术问题。

根据本申请第一方面实施例的生物活性炭的制备方法，其包括：

将原料浸渍于活化剂的水溶液中5-12h。

在空气气氛中，将浸渍后的原料在300-700℃保温活化至少30min。

其中，原料包括羽毛和毛发中的至少一种。

活化剂选自磷酸、氢氧化钾或氯化锌。

根据本申请实施例的生物活性炭的制备方法，首先采用羽毛或毛发作为原料，实现废弃物的资源化利用，防止污染环境，有利于节约木材、煤炭等资源，同时采用活化剂改性，空气气氛下活化，不需要在惰性气体的保护下进行活化，最终使原料变为比表面积大，亚甲基蓝吸附值高的生物活性炭。

根据本申请第二方面实施例的生物活性炭，其由本申请第一方面实施例提供的生物活性炭的制备方法制得。

通过上述方法制得的生物活性炭比表面积大，亚甲基蓝吸附值高。

本申请的实施例提供的生物活性炭及其制备方法和应用的有益效果包括：

1.本发明以废弃物：羽毛和/或毛发为原料，经活化剂改性后活化，制备出比表面积大，吸附性能高的生物活性炭；有利于实现羽毛或毛发的资源化利用，有利于节约木材、煤炭等资源。

2.所制备的生物活性炭可用于替代传统活性炭产品的部分用途；且生物活性炭在制备过程无需惰性气体保护、工艺简单，易于生产。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请实施例的生物活性炭及其制备方法进行具体说明。

一种生物活性炭，其由以下制备方法制得：

S1.将原料浸渍于活化剂的水溶液中5-12h。

采用将原料浸渍于活化剂的水溶液中5-12h，例如浸渍5h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，通过浸渍设置，使活化剂对原料的表面进行改性，使得最后获得的生物活性炭的比表面积更大，亚甲基蓝吸附值更高。其中浸渍采用常温，例如20-35℃浸渍。

其中，原料包括羽毛和毛发中的至少一种，例如原料为羽毛、或毛发，或为羽毛、毛发的混合物。

其中，毛发包括兽毛(例如羊毛、狗毛等)以及人体的头发等，二者基本一致，均由毛干和毛根两部分构成。采用羽毛或毛发作为原料制备生物活性炭，既可降低原料的价格，防止羽毛或毛发作为废弃物对于环境的污染，同时也能缓解人类对于环境的压迫。

可选地，为了保证原料活化的充分性以及防止后续活化过程中杂质的引入，生物炭的制备方法还包括在步骤S1(将原料浸渍于活化剂的水溶液中)之前，将原料清洗并干燥。

其中，活化剂选自磷酸、氢氧化钾或氯化锌，上述活化剂能够有效改性原料。

可选地，活化剂的水溶液为质量浓度50-85％的磷酸溶液，例如活化剂的水溶液为质量浓度为50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％的中的任一点值或任意两个点值之间范围值的磷酸溶液。上述质量浓度范围内的磷酸溶液的改性效果佳。

可选地，活化剂的水溶液为质量浓度不低于30％的氢氧化钾溶液，例如活化剂的水溶液为质量浓度为35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％等的中的任一点值或任意两个点值之间范围值的氢氧化钾溶液。上述质量浓度范围内的氢氧化钾溶液的改性效果佳。需注意的是，活化剂的水溶液的质量浓度不能超过100％且不能超过其饱和溶液的浓度。

可选地，活化剂的水溶液为质量浓度不低于40％的氯化锌溶液。例如活化剂的水溶液为质量浓度为41％、45％、50％、55％、60％、65％、70％等的中的任一点值或任意两个点值之间范围值的氯化锌溶液。上述质量浓度范围内的氯化锌溶液的改性效果佳。需注意的是，活化剂的水溶液的质量浓度不能超过100％且不能超过其饱和溶液的浓度。

S2.在空气气氛中，将浸渍后的原料在300-700℃保温活化至少30min。

在300-700℃的活化温度下，采用空气气氛下活化，不需要在惰性气体，例如氮气的保护条件下进行，制备方式简单，同时最后制得生物活性炭的比表面积大，亚甲基蓝吸附值高。

具体地，浸渍后的原料从活化剂的水溶液中取出，可以选择沥除多余的活化剂的水溶液，然后将其在例如马弗炉中进行高温保温活化，其中，沥除多余的活化剂的水溶液，可以防止多余的活化剂的水溶液腐蚀马弗炉。

可选地，活化的步骤包括：

将浸渍后的原料放置于马弗炉中，以19-21℃/min，例如20℃/min的速度升温至活化温度并保温活化30-90min，例如保证活化30min、35min、40min、50min、60min、70min、80min、90min中的任一时间或任意两个点值之间的时间段，有效活化原料，使其变为生物活性炭。

可选地，生物活性炭的制备方法还包括在活化后，将得到的产物用水洗涤至与水的pH值相同，以去除杂质，然后在洗涤后干燥、研磨，在研磨后过20-40目筛，筛下物即为成品。

需要说明的是，由于毛发与羽毛具有一定的差异，因此实际的活化过程中，优化的活化温度具有一定的差别。

可选地，原料为羽毛且活化剂为磷酸时，将浸渍后的原料在300-600℃，例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、540℃、600℃中的任一温度或任意两个温度范围内保温活化；其中，以羽毛为原料，采用磷酸活化制备得到的生物活性炭偏酸性(pH6-7)，其收率为32-45％，该生物活性炭的比表面积达到68-130m²/g，亚甲基蓝吸附值为60-98mg/g。

可选地，原料为毛发且活化剂为磷酸时，将浸渍后的原料在300-500℃保温活化，例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃中的任一温度或任意两个温度范围内保温活化；其中，以毛发为原料，采用磷酸活化制备得到的生物活性炭偏酸性(pH6-7)，其收率为11-23％，该生物活性炭的比表面积达到169-287m²/g，亚甲基蓝吸附值为96-115mg/g。

可选地，原料为羽毛且活化剂为氢氧化钾时，将浸渍后的原料在500-700℃，例如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、中的任一温度或任意两个温度范围内保温活化；其中，以羽毛为原料，采用氢氧化钾活化制备得到的生物活性炭偏碱性(pH7-8)，其收率为8-15％，该生物活性炭的比表面积达到116-294m²/g，亚甲基蓝吸附值为95-138mg/g。

可选地，原料为毛发且活化剂为氢氧化钾时，将浸渍后的原料在400-700℃，例如400℃、450℃、480℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃中的任一温度或任意两个温度范围内保温活化；其中，以毛发为原料，采用氢氧化钾活化制备得到的生物活性炭偏碱性(pH7-8)，其收率为15-27％，该生物活性炭的比表面积达到150-176m²/g，亚甲基蓝吸附值为68-80mg/g。

可选地，原料为羽毛且活化剂为氯化锌时，将浸渍后的原料在300-600℃，例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、540℃、600℃中的任一温度或任意两个温度范围内保温活化；其中，以羽毛为原料，采用氯化锌活化制备得到的生物活性炭偏酸性(pH6-7)，其收率为23-49％，该生物活性炭的比表面积达到165-365m²/g，亚甲基蓝吸附值为84-145mg/g。

可选地，原料为毛发且活化剂为氯化锌时，将浸渍后的原料在300-500℃，例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、中的任一温度或任意两个温度范围内保温活化；其中，以毛发为原料，采用氯化锌活化制备得到的生物活性炭偏酸性(pH6-7)，其收率为12-24.5％，该生物活性炭的比表面积达到142-163m²/g，亚甲基蓝吸附值为50-72mg/g。

也即是说，不同的原料以及不同的活化剂制得的生物活性炭的比表面积、亚甲基蓝吸附值具有不同，本领域技术人员可根据实际的需求进行选择。

综上，本申请提供的生物活性炭的比表面积大、亚甲基蓝吸附值高，可以替代传统的经木材、碳等制得的活性炭，应用于液相脱色、重金属吸附和废水净化等中。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

需要说明的是，本申请提供的实施例中，生物活性炭的得率的测定方法为：将上述生物活性炭在110℃干燥10h之后，计算此时的生物活性炭的质量占干燥的原料质量的质量百分率。

生物活性炭亚甲基蓝吸附性能测定依据的测定方法为：国标GB/T12496.10-1999《木质活性炭试验方法：亚甲基蓝吸附值的测定》。其中，亚甲基蓝吸附值的单位为mg/g。

生物活性炭的比表面积测定是采用Tristar3000analyzer比表面积分析仪(Micromeritics,USA)测定；比表面积的计算是根据Brunaue-Emmett-Teller(BET)方程，比表面单位为m²/g。

实施例1

一种生物活性炭，其制备方法如下：

称取10g的头发与30g质量浓度为85％的磷酸混合，浸渍5h。将浸渍完全的头发取出并放入马弗炉中，以20℃/min升温至300-700℃活化60min，冷却至室温后取出，用水洗充分洗涤5次至与水的pH相同，过滤后在110℃干燥10h，取出经研磨，过20-40目筛，筛下物为制得的生物活性炭。

其中，生物活性炭的得率、比表面积、亚甲基蓝吸附值如表1所示。

表1由头发制得的生物活性炭的相关数据

实施例2

一种生物活性炭，其制备方法如下：

称取10g的头发与30g的质量浓度为50％的氢氧化钾水溶液混合，浸渍5h。将浸渍完全的物料取出并放入马弗炉中，以20℃/min升温至300-700℃活化60min，冷却至室温后取出，用水洗充分洗涤5次至与水的pH相同，过滤后在110℃干燥10h，取出经研磨，过20-40目筛，筛下物为制得的生物活性炭。

其中，生物活性炭的得率、比表面积、亚甲基蓝吸附值如表2所示。

表2由头发制得的生物活性炭的相关数据

实施例3

一种生物活性炭，其制备方法如下：

称取10g的头发与30g的质量浓度为30％的氯化锌水溶液混合，浸渍5h。将浸渍完全的物料取出并放入马弗炉中，以20℃/min升温至300-700℃活化60min，冷却至室温后取出，用水洗充分洗涤5次至与水的pH相同，过滤后在110℃干燥10h，取出经研磨，过20-40目筛，筛下物为制得的生物活性炭。

其中，生物活性炭的得率、比表面积、亚甲基蓝吸附值如表3所示。

表3由头发制得的生物活性炭的相关数据

实施例4

一种生物活性炭，其制备方法如下：

称取10g的羽毛与20g质量浓度为85％的磷酸混合，浸渍5h。将浸渍完全的头发取出并放入马弗炉中，以20℃/min升温至300-700℃活化60min，冷却至室温后取出，用水洗充分洗涤5次至与水的pH相同，过滤后在110℃干燥10h，取出经研磨，过20-40目筛，筛下物为制得的生物活性炭。

其中，生物活性炭的得率、比表面积、亚甲基蓝吸附值如表4所示。

表4由羽毛制得的生物活性炭的相关数据

实施例5

一种生物活性炭，其制备方法如下：

称取10g的羽毛与30g质量浓度为50％的氢氧化钾的水溶液混合，浸渍5h。将浸渍完全的头发取出并放入马弗炉中，以20℃/min升温至300-700℃活化60min，冷却至室温后取出，用水洗充分洗涤5次至与水的pH相同，过滤后在110℃干燥10h，取出经研磨，过20-40目筛，筛下物为制得的生物活性炭。

其中，生物活性炭的得率、比表面积、亚甲基蓝吸附值如表5所示。

表5由羽毛制得的生物活性炭的相关数据

实施例6

一种生物活性炭，其制备方法如下：

称取10g的羽毛与20g质量浓度为60％的氯化锌的水溶液混合，浸渍5h。将浸渍完全的头发取出并放入马弗炉中，以20℃/min升温至300-700℃活化60min，冷却至室温后取出，用水洗充分洗涤5次至与水的pH相同，过滤后在110℃干燥10h，取出经研磨，过20-40目筛，筛下物为制得的生物活性炭。

其中，生物活性炭的得率、比表面积、亚甲基蓝吸附值如表6所示。

表6由羽毛制得的生物活性炭的相关数据

综上，本申请提供的生物活性炭的制备方法，在制备过程无需惰性气体保护、工艺简单，易于生产，同时以羽毛或毛发为原料，经活化剂改性后活化，制备出比表面积大，吸附性能高的生物活性炭；不仅有利于实现羽毛或毛发的资源化利用，而且有利于节约木材、煤炭等资源，节省制作成本，具有较佳的商业价值。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。