一种高吸附性能活性炭制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种高吸附性能活性炭制备方法及应用 (Preparation method and application of high-adsorption-performance activated carbon ) 是由 卢辛成 徐茹婷 蒋剑春 孙康 王傲 陈超 张燕萍 于 2020-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高吸附性能活性炭的制备方法及应用。将生物质原料,木屑、枝丫、秸秆等,破碎、酸洗、水洗后烘干；将硫酸加入到一定质量分数的硝酸锌溶液中,配制成混合活化剂；生物质原料与混合活化剂按一定比例均匀混合,室温下浸渍3h后置于管式炉中,在氮气保护下升温至600～800℃活化1～3h,冷却至室温后,依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性,干燥后即得活性炭。活性炭对Hg～(2+)吸附容量可达298.75mg/g。本发明通过使用混合活化剂,极大降低了活性炭制备过程中活化剂消耗,较传统磷酸法活化工艺降低了6～10倍；制备出具有高吸附性能的活性炭,适用于重金属吸附及水污染治理。(The invention discloses a preparation method and application of high-adsorption-performance activated carbon. Crushing, pickling and washing biomass raw materials, wood chips, twigs, straws and the like, and then drying; adding sulfuric acid into a zinc nitrate solution with a certain mass fraction to prepare a mixed activator; uniformly mixing a biomass raw material and a mixed activating agent according to a certain proportion, soaking for 3 hours at room temperature, then placing in a tubular furnace, heating to 600-800 ℃ under the protection of nitrogen, activating for 1-3 hours, cooling to room temperature, then sequentially carrying out acid washing and water washing until the pH value of the solution is neutral, and drying to obtain the activated carbon. Activated carbon to Hg 2+ The adsorption capacity can reach 298.75 mg/g. According to the invention, the consumption of the activating agent in the preparation process of the activated carbon is greatly reduced by using the mixed activating agent, and is reduced by 6-10 times compared with the traditional phosphoric acid method activation process; preparing the active carbon with high adsorption performanceIt is used for heavy metal adsorption and water pollution treatment.)
技术领域
本发明属于生物基活性炭材料制备技术领域，具体涉及一种高吸附性能活性炭的制备方法及应用。
背景技术
活性炭具有巨大比表面积、丰富孔隙结构、良好吸附性能，是一种环境友好的吸附净化材料，在环境保护、污染治理、储能以及国防等诸多领域有着广泛的应用，发挥着重要的作用，是国民经济不可或缺的产品。
我国是活性炭生产和出口第一大国。化学活化法是我国活性炭制备和生产的主要技术之一，具有生产工艺简单、生产规模大、产品质量稳定等特点。化学活化法是通过将各种含碳原料与化学活化剂均匀地混合(或浸渍)，在适当的温下，经历炭化、活化、回收化学药品、漂洗、烘干等过程制备活性炭的一种方法。目前，常用的活化试剂主要有磷酸、氢氧化钾、氯化锌等。
化学活化法在生产过程中使用化学试剂，会产生废气以及废水，不仅污染环境、危害健康，还会增加企业运营成本。随着我国技术升级和环保要求提高，低消耗制备技术和高性能材料的研发是发展趋势。因此，降低活化试剂消耗、制备高性能活性炭具有重要意义。
发明内容
以解决上述背景技术中提出的问你题，本发明的目的在于提供高吸附性能活性炭制备方法和应用，方法简单、活化剂消耗低，且制备的活性炭具有优异的吸附性能。
本发明的技术方案为：一种高吸附性能活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)将生物质原料经破碎、酸洗、水洗后，烘干；
2)将硫酸加入到硝酸锌溶液中，配置成混合活化剂；
3)洁净干燥生物质原料与混合活化剂均匀混合，室温下浸渍；
4)将步骤3)的混合料置于管式炉中，在氮气保护下升温活化，经冷却，得到活化料；
5)活化料依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。
步骤2)所述硝酸锌质量分数为5～15％。
步骤4)所述升温时的升温速率为10℃/min。
步骤2)所述混合活化剂中硝酸锌与硫酸的质量比为1:(0.05～0.1)。
步骤3)所述木屑与硝酸锌的质量比为1:(0.1～0.5)。
步骤4)所述活化温度为600～800℃。
步骤4)所述活化时间为1～3h。
所述的生物质原料为木屑、枝丫、秸秆中的任一种。
一种高吸附性能活性炭的制备方法得到的活性炭在重金属吸附及水污染治理中的应用。
有益效果：
本发明的高吸附性能活性炭制备方法简单，原料适应性广，同时极大降低活化试剂消耗，较传统磷酸法活化工艺降低了6～10倍，制备过程污染物的排放少。制得的活性炭具有优异的吸附性能，适用于重金属吸附以及水污染治理。活性炭对Hg2+吸附容量可达298.75mg/g。
具体实施方式
一种高吸附性能活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)生物质原料(木屑、枝丫、秸秆等)经破碎酸洗、水洗后，在110℃下烘干；
2)将硫酸与硝酸锌按照一定质量比加入水中，配置成不同质量分数的混合活化剂；
3)洁净干燥生物质原料与不同质量分数混合活化剂均匀混合，室温下浸渍3h；
4)将步骤3)的混合料置于管式炉中，在氮气保护下升温至600～800℃活化1～3h，经冷却，得到活化料；
5)活化料依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。
作为优选：
步骤2)所述硝酸锌质量分数为5～15％。
步骤2)所述混合活化剂为硝酸锌与硫酸混合物。
步骤2)所述混合活化剂中硝酸锌与硫酸的质量比为1:(0.05～0.1)。
步骤3)所述木屑与硝酸锌的质量比为1:(0.1～0.5)。
步骤4)所述活化温度为600～800℃。
步骤4)所述活化时间为1～3h。
实施例1：
将木屑常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将1.53g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为15％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干木屑加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至700℃活化2h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为242.5.50mg/g。
实施例2：
将木屑常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将0.82g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为10％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干木屑加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至700℃活化3h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为206.75mg/g。
实施例3：
将木屑常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将1.53g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为15％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干木屑加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至800℃活化2h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为298.75mg/g。
实施例4：
将木屑常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将1.53g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为15％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干木屑加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至800℃活化2.5h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为225.50mg/g。
实施例5：
将枝丫破碎、筛分为1～2mm颗粒，在常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将0.82g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为10％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干木屑加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至600℃活化2h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为153.75mg/g。
实施例6：
将木屑常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将0.51g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为5％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干木屑加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至800℃活化2h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为182.50mg/g。
实施例7：
将棉花杆破碎、筛分为1～2mm颗粒，在常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将0.61g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为10％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干棉花杆加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至800℃活化2h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为196.50mg/g。
实施例8：
将棉花杆破碎、筛分为1～2mm颗粒，在常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；将1.22g浓硫酸(98％)加入到100g质量分数为15％的硝酸锌溶液中配制成混合活化剂；10g烘干棉花杆加入30g上述混合活化剂，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至800℃活化1h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为167.50mg/g。
对比例1：
将木屑常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；10g烘干木屑加入40g质量分数为55％磷酸溶液，搅拌均匀，放入140℃烘箱热处理1.5h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至450℃活化1h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为136.25mg/g。
对比例2：
将木屑常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干10g烘干木屑加入30g质量分数为5％的硝酸锌溶液，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至800℃活化2h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为167.50mg/g。
对比例3：
将棉花杆破碎、筛分为1～2mm颗粒，在常温下经酸洗、水洗后，在110℃下烘干；10g烘干棉花杆加入30g质量分数为15％的硝酸锌溶液，搅拌均匀，室温下浸渍3h后置于管式炉中，在氮气保护下升温至800℃活化1h，冷却至室温后依次经过酸洗、水洗至溶液pH为中性，干燥后即得活性炭。该活性炭对Hg2+吸附容量为103.75mg/g。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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