一种以铬皮为原料的生物质多孔炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种以铬皮为原料的生物质多孔炭及其制备方法和应用，利用制革废弃物铬皮为原料，将其碳化活化，制成生物质多孔炭材料。利用多孔炭的高比表面积、丰富的孔隙结构和金属氧化物作用，应用于含铬和染料污水的净化。

Biomass porous carbon using chromium skin as raw material and its preparation method and Application

The invention relates to a kind of biomass porous carbon with chrome skin as raw material, a preparation method and application thereof, and a biomass porous carbon material is prepared by carbonizing and activating the chrome skin of leather waste as raw material. Porous carbon with high specific surface area, abundant pore structure and metal oxide action is used to purify wastewater containing chromium and dyes.

【技术实现步骤摘要】
一种以铬皮为原料的生物质多孔炭及其制备方法和应用
本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种以铬皮为原料的生物质多孔炭及其制备方法和应用。
技术介绍
多孔炭物理特性独特，具有很好的吸附性能、机械强度和表面特性等优点，是一种优良的吸附材料，广泛地应用于环保和化工领域，同时在液相吸附、气相吸附、储能材料、锂离子电池、锂硫电池、生物传感器、催化剂和催化剂载体等领域表现出良好的应用前景，是当前炭材料的一个研究热点。制备多孔炭的原料非常广泛，主要有矿物类原料、合成高分子材料、废弃高分子材料、生物质材料等。矿物类原料具有来源稳定、成本较低、制备方法成熟等优点，是当前制备多孔炭的主要原料。为了进一步降低成果，减少矿物来源依赖，特别是对工农业废弃物的有效利用，达到以废治理废的目的，当前以生物质材料为原料制备多孔炭成为研究热点，如稻壳、玉米芯、竹木、果壳、果核、甘蔗渣、动物皮和骨等。制革废皮是皮革厂将皮鞣制后的下脚料，俗称“铬皮”，同样富含胶原蛋白，可以用于生产工业级明胶，相对于食用明胶和药用明胶，价格非常便宜。但是其铬含量高，严格禁止用于食品和医药等领域。如何引导这种既富含胶原蛋白又富含铬的皮料能够资源有效利用，正确引导市场发展方向，实现效益最大化，是一项重要的研究课题。中国专利CN104588388.A公开了一种含铬皮革废弃物的综合利用方法，解决了现在技术中对含铬皮废弃物不能充分利用的问题。包括如下步骤：（1）对含铬皮革废弃物进行撕碎；（2）对撕碎后的含铬皮革废弃物碎片进行烘干处理；（3）对烘干后的含铬皮革废弃物碎片进行高温燃烧；（4）对高温燃烧后含铬皮革废弃物的革灰进行铬氧化物的提取。通过上述设计方案，可对含铬皮革废弃物燃烧并利用其热能及对含铬皮革废弃物内铬回收再利用，进而完成对含铬皮革废弃物的充分利用。但该专利方法未充分利用铬皮中丰富的胶原蛋白和活性炭资源。中国专利CN103145126.A公开了一种以废皮革为原料微波法制备活性炭的方法，实现资源重复再利用，制备速度快、工艺简单，制备的活性炭吸附效果好，包括如下步骤：（1）水洗除杂，烘干，粉碎，制成皮革颗粒；（2）皮革颗粒浸渍于酸中一段时间；（3）置微波炉中炭化活化；（4）在酸中煮沸，水洗至中性，烘干得皮革活性炭。但该专利方法采用的是微波法制取多孔炭，多孔炭的比表面积为638.24-639.52m2/g。但该专利制备的多孔炭的比表面积与文献报道的活性炭相比不具优势，并且未利用铬皮中丰富的铬资源。充分利用皮革废弃物中丰富的碳源和铬源，对废弃资源有效利用，解决环境污染问题和食品药品安全问题具有重要意义。经检索目前还没有发现关于利用铬皮制备富铬活性炭以及其具体应用的报道。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术利用制革废弃物铬皮为原料，将其碳化活化，制成生物质多孔炭材料。利用多孔炭的高比表面积、丰富的孔隙结构和金属氧化物作用，应用于含铬污水的净化和含亚甲基蓝染料污水的净化。本专利技术采用如下技术方案：一种以铬皮为原料的生物质多孔炭，通过如下步骤制备得到：（1）预处理步骤：将制革废皮（铬皮）烘干、粉碎，加热脱除油脂，得到铬皮预处理产物；（2）预碳化步骤：将铬皮预处理产物进行预碳化，得到铬皮预碳化产物；（3）碳化活化步骤：铬皮预碳化产物与活化剂混合后，进行碳化活化，然后水洗，烘干，得到铬皮基多孔炭。在本专利技术的优选的实施方式中，步骤（1）中，将制革废皮（铬皮）自然烘干，粉碎到约0.5cm×0.5cm，加热脱除油脂至无烟气产生，得到铬皮预处理产物。在本专利技术的优选的实施方式中，步骤（2）中，将铬皮预处理产物置于管式电炉中，在N2或CO2气体保护下，于400~600℃下进行预碳化0.5~3h，得到铬皮预碳化产物。在本专利技术的优选的实施方式中，步骤（3）中，铬皮预碳化产物与活化剂按炭/活化剂=3:1~1:3的比例混合，于600~1000℃下进行碳化活化0.5~3h，然后水洗至中性，105~120℃下烘干，得到铬皮基多孔炭。在本专利技术的优选的实施方式中，步骤（1）中，加热温度控制在200℃以下，优选160℃以下。在本专利技术的优选的实施方式中，步骤（2）中，保护气体为N2，预碳化温度为500℃，预碳化时间为1~2h。在本专利技术的优选的实施方式中，步骤（3）中，活化剂为KOH，炭/活化剂为2:1~1:2，碳化温度为650~850℃，碳化时间为1~2h，烘干温度为105~110℃。另一方面，本专利技术还保护上述生物质多孔炭在处理含六价铬污水中的应用。另一方面，本专利技术还保护上述生物质多孔炭在处理含亚甲基蓝染料污水中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）提供一种以铬皮为原料的生物质炭的制备方法，成本低廉，工艺科学合理、易于操作，以制革废弃物铬皮为原料制备铬皮基多孔炭，对铬皮中的碳资源和铬资源进行了充分回收利用，利于铬皮的综合回收利用和新用途挖掘。（2）本专利技术将制备得到的以铬皮为原料的生物质多孔炭应用于含六价铬污水处理领域和含亚甲基蓝染料污水处理领域。利用其丰富碳源制备出具有吸附选择性和高比表面积的多孔炭材料，制得的活性炭孔隙发达，比表面积超过2000m2/g，特别是对含六价铬污水的吸附效果优于商业活性炭；实现了铬皮的综合回收利用。附图说明图1为750℃碳化条件下制备的铬皮基多孔炭的电镜照片；图2为750℃碳化条件下制备的铬皮基多孔炭的孔径分布和N2吸附脱曲线；图3为650℃碳化条件下制备的铬皮基多孔炭的电镜照片；图4为650℃碳化条件下制备的铬皮基多孔炭的孔径分布和N2吸附脱曲线。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。实施例1（1）预处理步骤：将制革废皮（铬皮）自然烘干，粉碎到约0.5cm×0.5cm，电炉上加热脱除油脂至无烟气产生，得到铬皮预处理产物。（2）预碳化步骤：将铬皮预处理产物置于管式电炉中，在N2保护下，于500℃下进行预碳化1h，得到铬皮预碳化产物。（3）碳化活化步骤：铬皮预碳化产物与KOH按炭/活化剂=1:1的比例混合，于750℃下进行碳化活化1h，然后水洗至中性，110℃下烘干，得到铬皮基多孔炭。所得铬皮基多孔炭电镜照片如图1所示，孔径分布和N2吸附脱曲线如图2所示，由结果可知，所制得的铬皮基活性多孔炭具有分级孔结构、比表面积大（高于2000m2/g）。实施例2（1）预处理步骤：将制革废皮（铬皮）自然烘干，粉碎到约0.5cm×0.5cm，电炉上加热脱除油脂至无烟气产生，得到铬皮预处理产物。（2）预碳化步骤：将铬皮预处理产物置于管式电炉中，在N2保护下，于500℃下进行预碳化2h，得到铬皮预碳化产物。（3）碳化活化步骤：铬皮预碳化产物与KOH按炭/活化剂=1:1的比例混合，于650℃下进行碳化活化1h，然后水洗至中性，110℃下烘干，得到铬皮基多孔炭。所得铬皮基多孔炭电镜照片如图3所示，孔径分布和N2吸附脱曲线如图4所示，由结果可知，所制得的铬皮基多孔炭具有分级孔结构、比表面积大。实施例3将铬皮基多孔炭用于净化含六价铬污水。（1）配制初始pH值为2.0，不同初始浓度（100-700mg/L）的Cr(VI)溶液，铬皮基多孔炭用量为1.0g/L。（2）在恒温水浴振荡器中（温度30℃，振荡速度130r/min）进行静态吸附实验，24h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以铬皮为原料的生物质多孔炭，其特征在于，通过如下步骤制备得到：（1）预处理步骤：将制革废皮（铬皮）烘干、粉碎，加热脱除油脂，得到铬皮预处理产物；（2）预碳化步骤：将铬皮预处理产物进行预碳化，得到铬皮预碳化产物；（3）碳化活化步骤：铬皮预碳化产物与活化剂混合后，进行碳化活化，然后水洗，烘干，得到铬皮基多孔炭。

【技术特征摘要】
1.一种以铬皮为原料的生物质多孔炭，其特征在于，通过如下步骤制备得到：（1）预处理步骤：将制革废皮（铬皮）烘干、粉碎，加热脱除油脂，得到铬皮预处理产物；（2）预碳化步骤：将铬皮预处理产物进行预碳化，得到铬皮预碳化产物；（3）碳化活化步骤：铬皮预碳化产物与活化剂混合后，进行碳化活化，然后水洗，烘干，得到铬皮基多孔炭。2.根据权利要求1所述的生物质多孔炭，其特征在于，步骤（1）中，将制革废皮（铬皮）自然烘干，粉碎到约0.5cm×0.5cm，加热脱除油脂至无烟气产生，得到铬皮预处理产物。3.根据权利要求1所述的生物质多孔炭，其特征在于，步骤（2）中，将铬皮预处理产物置于管式电炉中，在N2或CO2气体保护下，于400~600℃下进行预碳化0.5~3h，得到铬皮预碳化产物。4.根据权利要求1所述的生物质多孔炭，其特征在于，步骤（3）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雅钦，李承明，彭启繁，王子珣，黄昊鹏，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11