一种汉麻秆活性炭及其制备、成型方法和应用技术

本发明专利技术公开一种汉麻秆活性炭，所述活性炭的比表面积为800-3000m2/g，总孔容为0.5-1cm3/g，孔径范围为0.5-4nm，所述活性炭具有层次型微孔、介孔结构。本发明专利技术还公开了上述汉麻秆活性炭的制备和成型方法，并公开了该汉麻秆活性炭制得的成型体在净水器滤芯上的应用。本发明专利技术的汉麻秆活性炭具备层次型微孔、介孔结构，超高比表面积和较高的孔容，更有利于吸附水中各类杂质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及活性炭
，具体地说是一种汉麻杆活性炭及其制备、成型方法和应用。
技术介绍
活性炭由于具有巨大的比表面积(1000-3500m2/g)和发达的孔隙结构而具有优异的吸附性能，已广泛应用于水体除杂和气体净化。作为一种吸附能力优良的吸附剂，活性炭具有优异的化学稳定性，由于其不溶于水或有机溶剂，并且耐酸、耐碱、耐热，而广泛应用于食品加工、环保、化工、药物精炼、化学防护等各个领域。在饮用水净化方面，活性炭不仅具有脱色、除臭等功能，并且还可以除氯、重金属离子和有机分子。近年来，人们日益关心饮用水的安全卫生情况，人们希望通过一种有效地方法去除饮用水中的有害物质，因而设计一种具有特殊孔结构的多孔炭材料，并能够高效、广泛的滤除水中的有害物质具有广阔的发展前景。但是现有活性炭的孔径结构较为单一、结构无规则，且孔径直径较小，不能有效的吸附水中的杂质。且，活性炭成型体一般是通过有机/无机粘结剂将粉末活性炭粘结后成型，考虑到用于水处理的活性炭成型体需要能够长时间耐水浸泡并且具有一定的机械强度，故选择一种适宜的粘结剂将直接决定活性炭成型体的使用寿命和过滤性能。传统工艺采用的有机树脂类粘结剂，需要将成型体在高温下热处理一段时间，因而存在能耗大、有毒、使用量多成本高、比表面积下降等缺点。因此，如何选择提供一种能够针对不同杂质同时进行吸附，并能吸附一些较大颗粒杂质、且产率高、成型耗能小、无毒、无害、低成本的具有特殊孔径结构的活性炭是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述存在的问题，提供了一种汉麻杆活性炭及其制备、成型方法和应用。本专利技术为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现:—种汉麻杆活性炭，所述活性炭的比表面积为800-3000m2/g，总孔容为0.5-1 cm3/g，孔径范围为0.5-4nm，所述活性炭具有层次型微孔、介孔结构。优选地，所述层次型微孔结构包含孔径范围为0.7-1.Snm的微孔。传统活性炭的孔状结构一般是无规的，孔径主要集中在Inm以下，当杂质分子大于其孔径，则无法有效吸附以除去杂质。与现有技术相比，本专利技术的汉麻杆活性炭在0.5-4nm范围内具备层次型微孔、介孔结构，更有利于吸附水中各类杂质。本专利技术的另一目的在于提供上述汉麻杆活性炭的制备方法，包括以下步骤:(I)将汉麻杆粉碎，然后水洗除杂烘干；(2)预处理:将汉麻杆粉末置于浓度为0.l-5mol/L的活化剂溶液中浸渍，直至汉麻杆粉末的孔隙结构中均匀填充有活化剂，然后将汉麻杆粉末过滤、烘干；(3)在氮气保护下，以2-10°C /min的速度升温至500_1000°C后，炭化0.5-6小时，在恒温度下通入流速为l_15mL/min的水蒸气活化0.5-4小时，用去离子水洗至中性后烘干，得到汉麻杆活性炭。其中，步骤(I)中用水冲洗汉麻杆粉末是为了除去多余的杂质并减短预处理过程中活化剂浸渍的时间。制备过程中的预处理主要是将汗麻杆粉末与活化剂混合均匀，以使其在活化过程中能根据前期设计需求产生所需的孔结构。为了提高汉麻杆高活性炭的产率，这里采用了物理-化学活化法。通过上述物理-化学活化法可以调控汉麻杆活性炭的微孔、介孔结构并提高产率，制备出层次型微孔、介孔结构，这种微孔、介孔结构具有更优异的吸附性能。优选地，所述活化剂为磷酸铵、磷酸氢二胺、磷酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化锌中的任一种。优选地，步骤⑴中洗净烘干后的汉麻杆粉末还经100目过筛。优选地，步骤⑵中汉麻杆粉末在活化剂溶液中浸渍3-8小时。为了进一步得到超高比表面积(800_3000m2/g)的汉麻杆活性炭，对上述方法制备而成的汉麻杆活性炭进行化学活化处理，(化学活化是对上述制得的活性炭的进一步处理)包括以下步骤:(I)将适量去离子水、质量比为1:2-6的汉麻杆活性炭与KOH混合均匀，加热搅拌至干燥；(2)将干燥后的产物迅速转入炭化炉内，以2-10 °C/min的升温速度升至600-900 0C，并保温2-6小时；(3)待炭化炉降至常温后，用0.5-3mol/L的盐酸溶液洗涤产物，并用去离子水洗至中性后烘干，得到最终产品。上述化学活化处理后得到的最终产品，具有超高的比表面积(800-3000m2/g)、优异的层次型微孔、介孔结构和较高的孔容(0.5-lcmVg)。本专利技术的又一目的是提供上述汉麻杆活性炭的成型方法，包括以下步骤:(I)将重量份数的以下组分混合均匀得到活性炭浆料:粉碎至50-400目汉麻杆活性炭100份、试剂A 5-45份、适量水和乙醇；其中，试剂A为酚醛树脂、羧基丁苯乳胶、苯丙乳胶、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和煤焦油中的一种或一种以上的组合；(2)将活性炭浆料模压成型，得到汉麻杆活性炭预成型体，将该预成型体放置I天后移入恒温鼓风烘箱，加热至100-35(TC并保温0.5-5小时，得到汉麻杆活性炭成型体。优选地，所述汉麻杆活性炭成型体的水稳定性系数为90-93% ;所述汉麻杆活性炭成型体的密度为0.41-0.46g/cm3。本专利技术还公开了上述汉麻杆活性炭的成型方法制得的汉麻杆活性炭成型体在净水器滤芯上的应用。汉麻杆活性炭成型体具有良好的水稳定性，层次型微孔、介孔结构，超高比表面积和较高的孔容，可吸附水中的余氯、金属离子、有机分子和其他杂质，可做净水器滤芯使用。上述汉麻杆活性炭成型体制备的滤芯可以具有更小的体积、较长的使用寿命和优异的过滤性能。本专利技术的有益效果如下:(I)本专利技术的汉麻杆活性炭具有优异的层次型微孔、介孔结构、较高的孔容(0.5-lcm3/g)和超高的比表面积(800-3000m2/g)，更有利于吸附水中各类杂质。 (2)本专利技术汉麻杆活性炭的制备方法，通过物理-化学活化法调控活性炭的微孔、介孔结构及提高产率，制备出层次型微孔、介孔结构，这种微孔、介孔结构具有更优异的吸附性能。将得到的活性炭进一步通过化学活化处理，得到超高比表面积的汉麻杆活性炭。(3)本专利技术汉麻杆活性炭的成型方法，加工处理步骤简单、能耗小，制得的活性炭成型体无毒、无害、低成本、耐水性好，并且由于制得的活性炭具有层次型微孔、介孔结构，故能够广泛应用于水中余氯、金属离子、有机分子和其他杂质的吸附，可做净水器滤芯使用。上述汉麻杆活性炭成型体制备的滤芯可以具有更小的体积、较长的使用寿命和优异的过滤性能。【具体实施方式】本专利技术实施例提供了一种汉麻杆活性炭及其制备、成型方法和应用，用于提供一种具有特殊微孔、介孔结构、具备优异吸附性能的活性炭，且能够避免环境污染和资源浪费。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种汉麻杆活性炭的制备方法，属于物理-化学活化法，包括以下步骤:(I)将汉麻杆茎粉碎成粉末，然后水洗除杂烘干；优选地，洗净烘干后的汉麻杆粉末还经100目过筛；(2)预处理:将汉麻杆粉末置于浓度为0.l-5mol/L的活化剂溶液中浸渍，直至汉麻杆粉末的孔隙结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汉麻秆活性炭，其特征在于，所述活性炭的比表面积为800‑3000m2/g，总孔容为0.5‑1cm3/g，孔径范围为0.5‑4nm，所述活性炭具有层次型微孔、介孔结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万兴云，张晨，
申请(专利权)人：无限极中国有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44