[发明专利]一种以壳聚糖为原料制备活性炭的方法及得到的活性炭

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备活性炭的方法，特别是以壳聚糖为原料制备活性炭的方法。

背景技术

活性炭孔隙结构发达，比表面积大，吸附能力强，广泛应用于水处理、脱硫脱氮、催化剂载体、电极材料、储氢材料、发光材料等领域。活性炭中以C元素为主，故从理论上讲所有含碳物质均可以用于活性炭生产，其原料来源相当广泛。现在生活由于对活性炭的需求扩大，以煤来制备活性炭占到活性炭总产量的67％以上，但是煤属于不可再生资源，在矿产资源日趋紧张的今天，我们必须寻找其他替代材料制备活性炭。近年来已经取得很大进步，如利用废料合成活性炭，常见的废弃物主要有果核、秸秆、竹子、木屑、污泥等。但这些原料供应有限，限制了活性炭的生产规模，导致生产成本高，应用领域较小。因而寻找廉价易得的活性炭原料，降低生产成本是制备活性炭工艺首要任务。

壳聚糖是一种天然的碱性阳离子多糖，来源丰富，廉价易得。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化衍生物，通常情况下，脱乙酰度55％以上的甲壳素素称为壳聚糖。甲壳素是一种从蟹壳、虾壳及真菌细胞壁中提取的一种天然高分子化合物，其每年的生物合成量仅次于纤维素。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备活性炭的方法，此方法以壳聚糖为原料，解决了生产活性炭的原料问题，采用水热碳化壳聚糖，再经活化处理制备活性炭的方法有效地缩短制备活性炭的时间、扩大了活性炭的生产规模，降低生产成本，节约能耗。

本发明以壳聚糖为原料制备活性炭的方法包括以下步骤：

a.以壳聚糖为原料，将壳聚糖充分分散于质量分数1～10％的酸性水溶液中，制成质量分数1～10％的壳聚糖胶体溶液，并将壳聚糖胶体溶液中气泡排除干净；

b.水热碳化，将上述壳聚糖胶体溶液转移至聚四氟乙烯高压反应釜内，将反应釜置于80～250℃的烘箱进行水热反应1～20小时。反应结束后取出反应釜自然冷却至室温，沉淀产物经过过滤、洗涤、干燥处理得到碳化壳聚糖；

c.活化，将得到的碳化壳聚糖与活化剂按质量比1:10～10:1混合均匀放入真空管式炉于100～120℃下煅烧1～10小时；

d.待产物冷却后，用蒸馏水洗涤其过滤至pH≈6～8，干燥，研磨过筛即可得活性炭材料；

进一步地，在上述技术方案中，所述的酸性水溶液为醋酸水溶液或盐酸溶液及其它可使壳聚糖溶解的酸性水溶液。

进一步地，在上述技术方案中，所述的洗涤可以用蒸馏水充分洗涤至pH≈6～8，也可用乙醇洗涤或者两者结合充分洗涤至pH≈6～8。

进一步地，在上述技术方案中，所述的活化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾的任一组分或者两种组分以上的任意组合。

进一步地，在上述技术方案中，所述的活化过程也可以是碳化壳聚糖粉、活化剂和蒸馏水按质量比1:1:5～5:5:5充分混合，浸泡6～16小时，过滤后将沉淀放入马弗炉于100～1200℃下煅烧1～10小时。

进一步地，在上述技术方案中，所述的煅烧过程为以0.5～30℃/min升温至200～600℃，保温1～5小时，再以0.5～30℃/min升温至300～1200℃，保温1～5小时，然后降温至200～700℃，停止煅烧。

进一步地，在上述技术方案中，所述的研磨过筛是研磨后过200～500目筛子所得即为制备的活性炭。

由上述的以壳聚糖为原料制备活性炭的方法得到的活性炭，所述活性炭孔径0.5nm～100um，孔容为0.5～100cm³/g，比表面积1200～3000m²/g。

本发明的有益效果

1.使用壳聚糖为原料制备活性炭，解决了原料问题，扩大活性炭的生产规模，降低生产成本，节约能耗，节省生产时间；

2.与现有技术相比较，本发明较简单，设备投资少，产品性能好、强度高，是一项低投入，高产出的新技术项目；

3.所制得活性炭孔径0.5nm～100um，孔容为0.5～50cm³/g，比表面积1200～3000m²/g；

4.所制得活性炭吸附能力强，对亚甲基蓝水溶液的吸附可达100～1000mg/g；

5.该方法通过定制各种体积的反应釜，生产量大；

6.制备过程中使用的活化剂可以回收再利用，大大降低成本。

附图说明

图1是实施案例1制备的活性炭的扫描电镜照片a；

图2是实施案例1制备的活性炭的扫描电镜照片b；