一种生物质基活性炭材料
阅读说明：本技术 一种生物质基活性炭材料 (Biomass-based activated carbon material ) 是由 赵培玉 袁文鹏 王金 魏广帅 尹延超 徐先莽 于 2021-10-10 设计创作，主要内容包括：一种生物质基活性炭材料,包括如下重量份数的原料组成：牡丹仔粕1份；杉树皮1-2份。本发明以富含牡丹仔油的牡丹仔粕为原料制备生物质基活性炭材料能够提高牡丹籽粕的利用价值。本发明使用脱硫废液为活化剂即能较好的解决脱硫废液难处理的问题,又能降低工业活化剂用量,降低活性炭材料制备成本。本发明使用牡丹仔粕为原料,可充分利用牡丹仔粕内的剩余牡丹仔油,在碳化活化过程中对所得生物质基活性炭材料进行原位氮元素掺杂,调节材料的表面性能,改善活性炭材料表面酸碱度,为活性炭吸附CO-(2)提供大量的活性位点。本发明使用脱硫废液和胺基钠两步法活化制备生物质基活性炭材料可降低活化温度至450-550℃,进而降低活性炭制备能耗。(A biomass-based active carbon material comprises the following raw materials in parts by weight: 1 part of peony seed meal; 1-2 parts of fir bark. The biomass-based activated carbon material prepared by taking the peony seed meal rich in peony seed oil as a raw material can improve the utilization value of the peony seed meal. The method can better solve the problem of difficult treatment of the desulfurization waste liquid by using the desulfurization waste liquid as the activating agent, and can reduce the using amount of the industrial activating agent and the preparation cost of the activated carbon material. The method uses the peony seed meal as the raw material, can fully utilize residual peony seed oil in the peony seed meal, carries out in-situ nitrogen element doping on the obtained biomass-based active carbon material in the carbonization and activation process, adjusts the surface performance of the material, improves the surface pH value of the active carbon material, and takes the active carbon material as the active materialCarbon adsorption of CO 2 Providing a large number of active sites. The method for preparing the biomass-based activated carbon material by using the desulfurization waste liquid and the amino sodium through two-step activation can reduce the activation temperature to 450-550 ℃, and further reduce the energy consumption for preparing the activated carbon.)
技术领域
本发明属于活性炭材料制备领域，具体地说是一种生物质基活性炭材料。
背景技术
随着社会的不断发展，日益严重的温室效应导致气候异常，引起了全世界的广泛关注；而燃煤电厂烟气排放的CO2是导致温室效应日益严重的重要原因。因此，如何有效的从烟气中捕集CO2，减少人为CO2排放，对于缓解全球气候变化具有重要意义。活性炭因具有比表面积较大、孔径可调控、表面疏水性好、廉价易得等优点，被广泛应用于烟气二氧化碳等气体的分离。而目前，为了提高活性炭孔结构和CO2吸附性能，在活性炭制备过程中使用大量的KOH或K2CO3等工业活化剂。大量长时间使用该类活化剂不仅会导致设备腐蚀和严重的环境污染，同时增加活性炭制备成本。同时文献调研发现，N原子具有与碳原子相似的结构特性，当采用N掺杂使N原子取代碳材料中的某些碳原子时，不仅能调节活性炭吸附剂的孔结构性能，而且还可以调节材料的表面性能，从而改善活性炭材料表面酸碱度，为活性炭吸附剂吸附CO2提供大量的活性位点。
另外，在焦炉煤气脱硫过程中产生的脱硫废液是一种含有多种有毒物质的混合污染物，其主要含有硫代硫酸铵、硫氰酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、对苯二酚和悬浮硫等成份，无法直接用生化的方法加以处理，更不能直接排放。所以如何有效处理焦化脱硫废液是焦化企业都亟待解决的难题。
Sher等人以核桃壳为碳源，以KOH为活化剂制备二氧化碳吸附剂，但是KOH与核桃壳的质量比达到了4(Sher et al.Development of biomass derived highly porousfast adsorbents for postcombustion CO2 capture,Fuel 282(2020)118506-118518)。Cai等人纯化苯乙烯和二乙烯基苯制备炭前驱体，然后以KOH为活化剂制备球形碳材料用于二氧化碳吸附，不仅合成过程复杂，而且KOH与碳源的质量比达到了4(Cai et al.Metal-free core-shell structured N-doped carbon/carbon heterojunction for efficientCO2 capture,Carbon150(2019)43-51)。因此，开发一种能简单制备的吸附量高、成本低的活性炭材料对二氧化碳捕集至关重要。
发明内容
本发明提供一种生物质基活性炭材料，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种生物质基活性炭材料，包括如下重量份数的原料组成：牡丹仔粕1份；杉树皮1-2份。
如上所述的一种生物质基活性炭材料，其制备方法包括如下步骤：
步骤一：将牡丹仔粕和杉树皮分别在120℃下干燥，粉碎至300-500目，然后混合得混合原料A；
步骤二：混合原料A与脱硫废液按照固液1g/5-20ml的比例混合后，在超声频率为25-40KHz的条件下超声浸渍2-6h，后在100-150℃下干燥，然后在温度为500-700℃和炭化活化升温速率为5-8℃/min的条件下进行2-4h的炭化活化，炭化活化在隔绝空气的条件下进行；得到混合碳材料B；
步骤三：将得到的混合碳材料B和氨基钠按照质量比1:1-2进行混合，然后在温度为450-550℃和活化升温速率为5-8℃/min的条件下隔绝空气活化1.5-3h，即得生物质基活性炭材料。
如上所述的一种生物质基活性炭材料，其比表面积为1033-2951cm2/g。
如上所述的一种生物质基活性炭材料，其总孔容为0.57-1.60cm3/g。
如上所述的一种生物质基活性炭材料，其微孔的总体积为0.52-1.25cm3/g。
如上所述的一种生物质基活性炭材料，其吸附温度为0-50℃，吸附压力为0.01-0.1MPa。
如上所述的一种生物质基活性炭材料，其应用于吸附捕集二氧化碳。
本发明的优点是：本发明以富含牡丹仔油的牡丹仔粕为原料制备生物质基活性炭材料能够提高牡丹籽粕的利用价值，以杉树皮为原料可以提高活性炭材料的孔结构性能。本发明使用脱硫废液为活化剂即能较好的解决脱硫废液难处理的问题，又能降低工业活化剂用量，降低活性炭材料制备成本。本发明使用牡丹仔粕为原料，可充分利用牡丹仔粕内的剩余牡丹仔油，在碳化活化过程中对所得生物质基活性炭材料进行原位氮元素掺杂，调节材料的表面性能，改善活性炭材料表面酸碱度，为活性炭吸附CO2提供大量的活性位点。本发明使用脱硫废液和胺基钠两步法活化制备生物质基活性炭材料可降低活化温度至450-550℃，进而降低活性炭制备能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的牡丹籽粕实物图；
图2为本发明制备的生物质基活性炭材料的孔径结构分布图；
图3为本发明制备的生物质基活性炭材料的CO2吸附量曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
(1)生物质基活性炭材料的制备：
将25g牡丹仔粕和25g杉树皮在120℃下进行干燥，然后分别粉碎至300目，然后将粉碎的牡丹仔粕和杉树皮原料混合得到混合原料A；将混合原料A在500ml脱硫废液中超声浸渍2小时，超声频率25KHz，然后在100℃下干燥；然后在600℃的氮气条件下炭化活化2小时，炭化活化温速率为5℃/min，得到混合碳材料B；然后将得到的混合碳材料B和氨基钠按质量比1:1进行物理混合，然后在450℃的氮气条件下进行再次活化1.5小时，活化升温速率为5℃/min，最终得到约12g生物质基活性炭材料，其孔结构分布如图2所示；
(2)生物质基活性炭材料的性能测试：
使用北京贝士德仪器科技有限公司生产的3H-2000PS2型比表面及孔径分析仪来测试样品在25℃下的CO2吸附等温线。将0.15g生物质基活性炭填装在测试管内，将活性炭加热至200℃，并保持4小时以去除样品内的杂质气体。然后将温度降至25℃，在99.99％CO2氛围下进行吸附。在此条件下生物质基活性炭的二氧化碳吸附量为3.3mmol/g，其二氧化碳吸附量曲线如图3所示。
利用上述3H-2000PS2型比表面及孔径分析仪对生物质基活性炭材料进行10次二氧化碳吸附解析测试，其吸附过程是在25℃，99.99％CO2氛围下进行的，解析过程是在200℃下进行的。将0.15g吸附剂填装在测试管内，并将温度升高到200℃，保持4小时。之后将温度降到25℃，在二氧化碳氛围下进行吸附。吸附过程结束后再将温度升高到200℃，让生物质基活性炭在200℃下解吸4小时。之后再将温度降到25℃，再次在二氧化碳氛围下进行吸附反应，上述过程重复10次。在此条件下，进行10次吸附/脱附循环过程后，生物质基复合活性炭的吸附量仍能达到3.296mmol/g，吸附量仅下降0.12％。说明该生物质基复合活性炭具有较好的二氧化碳吸附循环稳定性。
实施例2：
(1)生物质基活性炭材料的制备：
将20g牡丹仔粕和30g杉树皮在120℃下进行干燥，然后分别粉碎至400目，然后将粉碎的牡丹仔粕和杉树皮原料混合得到混合原料A；将混合原料A在500ml脱硫废液中超声浸渍2小时，超声频率25KHz，然后在100℃下干燥；然后在600℃的氮气条件下炭化活化2小时，炭化活化温速率为5℃/min，得到混合碳材料B；然后将得到的混合碳材料B和氨基钠按质量比1:1进行物理混合，然后在450℃的氮气条件下进行再次活化1.5小时，活化升温速率为5℃/min，最终得到约13g生物质基活性炭材料；
(2)生物质基活性炭材料的性能测试：
使用北京贝士德仪器科技有限公司生产的3H-2000PS2型比表面及孔径分析仪来测试样品在25℃下的CO2吸附等温线。将0.15g生物质基复合活性炭填装在测试管内，将活性炭加热至200℃，并保持4小时以去除样品内的杂质气体。然后将温度降至25℃，在二氧化碳氛围下进行吸附。在此条件下生物质基复合活性炭的二氧化碳吸附量为3.24mmol/g。
利用上述3H-2000PS2型比表面及孔径分析仪对生物质基复合活性炭材料进行10次二氧化碳吸附解析测试，其吸附过程是在25℃，99.99％CO2氛围下进行的，解析过程是在200℃下进行的。将0.15g吸附剂填装在测试管内，并将温度升高到200℃，保持4小时。之后将温度降到25℃，在二氧化碳氛围下进行吸附。吸附过程结束后再将温度升高到200℃，让吸附剂在200℃下解吸4小时。之后再将温度降到25℃，再次在二氧化碳氛围下进行吸附反应，上述过程重复10次。在此条件下，进行10次吸附/脱附循环过程后，生物质基复合活性炭的吸附量仍能达到3.237mmol/g，吸附量仅下降0.1％。说明该生物质基活性炭具有较好的二氧化碳吸附循环稳定性。
实施例3：
生物质基活性炭材料的制备：
将15g牡丹仔粕和30g杉树皮在120℃下进行干燥，然后分别粉碎至400目，然后将粉碎的牡丹仔粕和杉树皮原料混合得到混合原料A；将混合原料A在450ml脱硫废液中超声浸渍2小时，超声频率25KHz，然后在120℃下干燥；然后在600℃的氮气条件下炭化活化2小时，炭化活化温速率为5℃/min，得到混合碳材料B；然后将得到的混合碳材料B和氨基钠按质量比1:1进行物理混合，然后在450℃的氮气条件下进行再次活化1.5小时，活化升温速率为5℃/min，最终得到约14g生物质基活性炭材料；
(2)生物质基活性炭材料的性能测试：
使用北京贝士德仪器科技有限公司生产的3H-2000PS2型比表面及孔径分析仪来测试样品在25℃下的CO2吸附等温线。将0.15g生物质基活性炭填装在测试管内，将活性炭加热至200℃，并保持4小时以去除样品内的杂质气体。然后将温度降至25℃，在二氧化碳氛围下进行吸附。在此条件下生物质基复合活性炭的二氧化碳吸附量为3.28mmol/g。
利用上述3H-2000PS2型比表面及孔径分析仪对生物质基复合活性炭材料进行10次二氧化碳吸附解析测试，其吸附过程是在25℃，99.99％CO2氛围下进行的，解析过程是在200℃下进行的。将0.15g吸附剂填装在测试管内，并将温度升高到200℃，保持4小时。之后将温度降到25℃，在二氧化碳氛围下进行吸附。吸附过程结束后再将温度升高到200℃，让吸附剂在200℃下解吸4小时。之后再将温度降到25℃，再次在二氧化碳氛围下进行吸附反应，上述过程重复10次。在此条件下，进行10次吸附/脱附循环过程后，生物质基复合活性炭的吸附量仍能达到3.276mmol/g，吸附量仅下降0.12％。说明该生物质基复合活性炭具有较好的二氧化碳吸附循环稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种烟气净化活性焦磨损废焦重制焦的方法