[发明专利]一种活性炭结构的控制方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种活性炭结构的控制方法，具体涉及不同温度水处理控制稻壳活性炭结构的方法。

背景技术

活性炭是一种重要的化工产品，具有大的比表面积和发达的孔隙结构，它广泛应用于能源、电子、食品、医药、催化剂等领域。活性炭的前驱体主要分为两类：（1）含碳的生物质，主要包括竹、木、果壳、果核、木材加工剩余物等；（2）含碳的石油化工产品以及一些高分子材料，主要包括煤、石油、沥青、石油焦、碳纤维、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、呋喃树脂等。面对着日益严重的环境污染和能源紧缺问题，生物质资源的开发利用显得尤为重要。许多研究者致力于这方面的研究。专利CN 102259855 A 公开了一种以竹子为原料生产环保型活性炭的方法。专利CN 101844764 A公开了一种以佛手渣为原料制备活性炭的方法。专利CN 102020274 A 公开了一种利用物理活化法一次生产秸秆活性炭的新工艺。专利 CN 102020272 A 公开了一种利用稻壳灰生产水玻璃和活性炭的方法。由于生物质来源广泛，价格低廉，因此，由生物质生产活性炭具有很大的市场潜力。

活性炭的制备方法主要分为物理活化法和化学活化法。物理活化法需要高温，长时间，耗能大。化学活化法制备的活性炭比表面积大，孔隙发达。化学活化剂主要包括：磷酸，氢氧化钾，氢氧化钠，氯化锌。氢氧化钾和氢氧化钠为活化剂的优点是活性炭的比表面积大，缺点是产率低，需要大量的碱，成本高且腐蚀设备。氯化锌活化的优点是工艺简单，炭化活化温度低，缺点是污染大。磷酸为活化剂优点是成本低，污染轻，产率高，磷酸可回收，缺点是活性炭的灰分偏高。对比以上几种方法，以磷酸为活化剂制备活性炭，适合大规模生产。

稻壳是一种大量的农业废弃物，同时也是一种可再生的生物质资源。稻壳的主要成分为碳和二氧化硅。稻壳的含碳部分约占稻壳质量的70%-80%，主要以木质素、纤维素和半纤维素的形式存在。二氧化硅约占稻壳质量的20%。以稻壳为原料生产活性炭和含硅材料具有巨大地经济效益。活性炭的孔结构影响活性炭的应用性能，通过有效的方法控制活性炭的结构具有很大的实际意义。利用稻壳生产的活性炭中常含有二氧化硅，会对活性炭的孔结构性质产生影响。

本发明以稻壳为原料，结合磷酸活化法和水处理法，控制活性炭的孔结构，此种工艺还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制稻壳活性炭结构的方法，该方法通过简单的水处理条件的改变，实现了活性炭的孔结构和含硅量的控制。

本发明所采用的技术工艺包括以下步骤：

（1）将稻壳与质量分数为50%-85%的磷酸以1:1-1:6的质量比混合，以20 ℃/min的升温速度，升温至300-600 ℃，保持0.5-2 h,自然降温至室温。

（2）将步骤（1）中高温酸处理过的稻壳用20-100 ℃的水处理0.5-3 h，获得不同孔结构的活性炭。

本发明的特征在于：所述水处理方法可以控制活性炭的含硅量、孔隙和比表面积。

具体实施方式

实施例1：将稻壳与50%磷酸按质量比1:5混合，置于马弗炉中，以20 ℃/min的升温速度，升温至500 ℃，活化0.5 h,自然降温至室温。将获得的产物用20 ℃水过滤、洗涤至中性。获得孔容为0.61 ml/g，比表面积为634 m²/g，二氧化硅含量为32.2%的活性炭。

实施例2：改变水的温度为40 ℃，其余条件如实施例1所述。获得孔容为0.93 ml/g，比表面积为847 m²/g，二氧化硅含量为21.9%的活性炭。

实施例3：改变水的温度为60 ℃，其余条件实施例1所述。获得孔容为1.34 ml/g，比表面积为1213 m²/g, 二氧化硅含量为14.1%的活性炭。

实施例4：改变水的温度为80 ℃，其余条件实施例1所述。获得孔容为1.93 ml/g，比表面积为1795 m²/g，二氧化硅含量为8.9%的活性炭。

实施例5：改变水的温度为100 ℃，其余条件实施例1所述。获得孔容为2.03 ml/g，比表面积为1821 m²/g，二氧化硅含量为8.3%的活性炭。