[发明专利]一种复合酶催化活化葛根废渣制备铁基磁性活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明属于制备活性炭技术领域，具体涉及利用复合酶催化活化葛根废渣基料掺铁制备磁性活性炭的方法。

背景技术

活性炭具有以石墨微晶为基础的无定型结构，因其具有发达的微孔结构，表现出优良的吸附性能，是一种广泛应用于工业废水、有机废气体等吸附处理的优良吸附剂。而磁性活性炭是以活性炭为基体，通过基料负载磁化物，经过活化、化学热处理、清洗、干燥得到具有磁性的活性炭。因其良好的吸附性能和磁性能，在实现废水中重金属离子、含氰废水的吸附，油烟雾脱除、食品保鲜臭味吸附，以及血液净化、天然气储存、军事化学防护等领域应用外，同时减少因活性炭回收难对环境造成的二次污染。因此，研制磁性活性炭，特别是廉价磁性活性炭的研制，对环境保护有重要意义。

现有制备磁性活性炭的方法，如2010年09月29日公开的公开号为CN101847481A的“废弃生物质制备C-Fe壳核磁性活性炭的新工艺”专利，公开的方法是：以木屑为原料，按木屑（g）：氯化铁溶液（ml）：氯化锌溶液（ml）比例为20：1：10混合，在60℃下陈化6h，在N₂氛围中以5℃/min的升温速率加热至700℃裂解，裂解时间为30min，酸洗、漂洗及干燥而得粉末状活性炭产品。该方法的主要缺点是：（1）采用单一化学试剂氯化锌溶液活化木屑基料，单一物理作用于原料，预处理活化不充分导致生产产品品质差；（2）生产过程中，活化条件为60℃、6h，化学热处理温度在700℃，需N₂氛围，增加环境条件，导致生产能耗高，从而增加生产成本。

发明内容

本发明目的是,针对现有制备磁性活性炭方法的不足，提供一种复合酶催化活化葛根废渣基料掺铁制备磁性活性炭的方法，具有炭化料结构疏松、活化条件温和、操作简单、能耗低、成本低，制备出的活性炭吸附性能强、中孔和微孔发达、具备磁性等特点。

本发明的机理是：本发明以提取葛根素后的废弃葛渣为原料，选用工程酶（纤维素酶、木质素酶和果胶酶）为催化活化木质纤维素的活化剂，通过复合酶催化水解生物质植物纤维组织，促进炭化料内部充分形成疏松结构，利于焙烧成碳时发达孔隙的形成，提高制备活性炭的比表面积和中孔和微孔率，同时避免化学活化剂碱的使用量；通过掺杂铁离子，在碱性条件下共沉淀制备磁化物前驱体Fe(OH)₃，经同步化学热处理后，形成含磁化物Fe₃O₄的活性炭，实现固体废弃物资源化再利用，提升活性炭产品功能。该方法与现有技术相同的是保留了化学活化浸渍等传统活性炭制备过程和共沉淀制备磁化物前驱体，改进之处是，选用复合酶催化活化葛根废渣代替化学活化单一方式制备磁性活性炭，选用Fe²⁺和Fe³⁺磁化剂代替单一磁化剂制备磁性活性炭。

实现发明目的的技术方案是：一种复合酶催化活化葛根废渣基料掺铁制备磁性活性炭的方法，以提取葛根素后的废弃葛渣为原料，经原料预处理、复合酶催化活化、制备葛根基磁化物活化基、同步焙烧制备活性炭的简单工艺而得到产品。所述方法的具体步骤如下：

（1）葛根废渣的预处理

以葛根固体废弃物（包括废次葛根以及提取葛淀粉、葛根黄酮天然产物的葛根废渣等）为原料。先将原料用水清洗干净后，放置于烘箱中，在60～85℃烘箱中烘20～60min，经粉碎机粉碎，过20～100目筛，未过筛的原料返回粉碎机中再粉碎，收集过筛原料（即为预处理后的原料）。

（2）葛根废渣的活化

第（1）步骤完成后，按照第（1）步骤处理后的葛根固体废弃物原料(g):酶(g)∶水的体积(ml)比为1:0.2～0.6:5～15，所述复配酶为纤维素酶(g):木质素酶(g):果胶酶(g)比为1:1～3:1～5。在第（1）步预处理的原料中，先加入酶及水，再用硫酸或氢氧化钠溶液调节体系的pH为5～9，搅拌均匀后，然后将调节pH值后的混合液放置于摇床中，在水浴温度25～50℃下进行酶解活化6～36h。最后按葛根固体废弃物原料质量(g) :质量浓度为10～25%的氯化锌溶液体积(ml)比为1:1～3的比例，加入氯化锌溶液，间歇式搅拌浸渍浸渍0.5～3h，用抽滤泵抽滤，分别收集滤液和滤渣。对滤液处理达标后排放，收集的滤渣即为葛根活化基料。

（3）磁化物的制备