[发明专利]以马铃薯为碳源制备高比表面积活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及活性炭材料的制备技术，具体为以生物质废物资源—马铃薯制备高比表面积的活性炭的方法。

背景技术

活性炭是一种含炭材料，具有比表面积大，内部空隙结构发达，吸附能力强、耐酸碱、可再生等优点，可广泛的应用于化工、冶金、军事防护、电池、环境保护等各个领域。围绕活性炭的基础和应用研究仍然是科学研究的重要课题之一。

活性炭原料的选择一直是人们关注的热点问题，因为这直接关系到材料的品质和后续应用。制备活性炭的原料种类繁多，目前商业应用和科学研究较多的主要有煤炭（A. G. Pandolfo, A. F. Hollenkamp, Journal of Power Sources, 2006, 157, 11-27）、石油焦（J. Wang, M. M. Chen, C. Y. Wang, J. Z. Wang, J. M. Zheng, Journal of Power Sources, 2011, 196, 550-558）、高分子聚合物（J. Yan, Tong, Wei, W. M. Qiao, Z. J. Fan, L. J. Zhang, T. Y. Li, Q. K. Zhao, Electrochemistry Communications, 2010, 12, 1279-1282 ）、生物质原料（木材（F. C. Wu, R. L. Tseng, C. C. Hu, C. C. Wang, Journal of Power Sources, 2004, 138, 351-359 ）、杏壳（B. Xu, Y. F. Chen, G. Wei, G. P. Cao, H. Zhang, Y. S. Yang, Materials Chemistry and Physics, 2010, 124, 504-509）、谷壳（M.S Balathanigaimani, W. G. Shin, M. J. Lee, C. Kim, J. W. Lee, H. Moon, Electrochemistry Communications, 2008, 10, 868-871 ）、椰壳(李艳芳，梁大明，刘春兰，洁净煤技术，2009，15，5-13)等等）。这些碳源经过炭化和活化后，都能获得一定比表面积的活性炭材料。相比较而言，生物质原料展示良好的应用前景，具有来源丰富、成本较低、可实现规模化生产等优点。但是目前利用上述提到的生物质原料制备的活性炭材料，比表面积仍较低，这就限制了它的潜在应用价值。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用生物质碳源—马铃薯制备出高比表面的活性材料的途径，方法具有成本低，流程简单，可大量制备等优点，因此可作为一种适于制备高比表面积的活性炭的理想方法。

本发明的技术方案是：

本发明采用马铃薯为原料，先预氧化得到预产物A，而后炭化得到炭化物B，将预产物A或者炭化物B与碱性介质混合均匀，在氩气中活化，最后洗涤干燥后得到超高比表面积的活性炭C或者活性炭D。 

一种以马铃薯为碳源制备高比表面积活性炭的方法，其特征在于，具体步骤为：

A、马铃薯预氧化：将马铃薯干燥、脱水，然后在马弗炉中预氧化，得到预产物A，预氧化温度为100~800℃；

B、炭化预产物：将产物A在管式炉中氩气保护下，炭化预产物A，从而得到炭化物B，炭化升温速度为1~20 ℃/min，炭化温度为100~1000 ℃，保温时间为1~10 h；

C、 KOH活化：将预产物A或者炭化物B研磨，并与氢氧化钾和水混合均匀，自然干燥后，转入管式炉，在氩气保护下，进行活化从而获得高比表面积的活性炭C或者活性炭D，采用逐步升温方法对预产物A或者炭化物B进行活化，升温速度为1~20 ℃/min，活化温度为500~1000 ℃，保温时间为1~10 h，将产物冷却、洗涤至中性、干燥后得到活性炭。

本发明预氧化优选温度为100~300℃，预氧化时间优选为1~3 h。

本发明采用逐步升温方法对预产物A进行炭化，升温速度优选为4~10 ℃/min，炭化温度优选为400~800 ℃，保温时间优选为1~3 h。

本发明采用逐步升温方法对预产物A或者炭化物B进行活化，其中KOH与产物A的质量比为1:1~10:1，KOH与产物B的质量比为1:1~10:1。