一种利用玫瑰茎制备多孔炭的方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔炭的制备方法，该多孔炭采用玫瑰茎为原料，具体步骤包括：分段、洗净、烘干、预炭化、与氢氧化钾以1:1‑3的质量比混合均匀后在600‑750℃进行炭化活化、冷却至室温后进行盐酸洗涤、去离子水洗涤，最后再次烘干后得到多孔炭。该方法制得的多孔炭对铬离子和PM2.5具有较佳吸附能力，对铬的最大吸附量可达到344.83 mg/g，阻挡后PM2.5浓度可低至0.0588 mg/ m3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔炭的制备方法。
技术介绍
近年来，以资源、能源作为主要导向的重工业迅速发展，随之而来的环境问题愈发严重。环境净化用的新材料和新技术已经成为目前国际科学界的研究热点。如含铬废水主要来源于电镀、皮革等工业。铬在生态环境主要两种形态：Cr(III)和Cr(VI)。一般来说，Cr(VI)比Cr(III)更有毒，Cr(VI)影响人体生理功能，累计食物链，导致严重的健康问题，从皮肤刺激到肺癌。净化含铬废水的方法之一是多孔炭吸附法，所以人们开发出了大量的多孔炭材料，以期提高它对铬的吸附能力。另外，近期华北、长江三角洲、珠江三角洲等经济发达地区的部分主要城市（如：北京、天津）霾天气的持续时间长，严重影响居民的日常工作与生活。在霾天气中，主要令人不适的为PM2.5的颗粒物。流行病学研究发现，颗粒物的浓度与呼吸系统的发病率及死亡率存在明显相关关系，特别是对于老人、儿童和易感人群[1-2]。科学家对美国6个有严重颗粒物污染城市进行研究发现，PM2.5的浓度水平每增加10mg/m3，慢性肺病患病率会增加3%，肺炎致死率也会增加4%。人们也开发出各种阻挡雾霾材料，其中炭材料也倍受青睐。目前，通常用来制备多孔炭材料的碳源主要包括五种：植物类原料、矿物质类原料、高分子类原料及其它。最早用于制备多孔炭材料的植物系原料是木质类。但随着人们环保意识的加强和科学的不断进步，很多材料已经被用于炭材料的制备，如咖啡豆、甘蔗渣、花生壳、谷壳、椰子壳、橄榄核、玉米芯和茎、海藻、竹子等。这有效地提高了植物类资源的利用率，同时也开发出了高性能的炭材料。玫瑰是一种受欢迎的花卉，目前得到了广泛种植，花农为调节玫瑰长势，每年需对玫瑰进行至少两次修剪，即冬春修剪和花后修剪，故每年都有废弃玫瑰茎未被开发利用。玫瑰因其茎上带刺，因此其体积大于等长度等粗细其他植株茎体积。一般玫瑰生长在光照充足地带，此外，玫瑰生长要求较多的持续水供应，在干旱环境会导致死亡，说明其蒸腾作用较强，由上可得，其由光合作用所固定的碳可能多于其他植物，植株内水含量不高，内部通道较多。利用玫瑰茎作为多孔炭制备的原料，有希望能制备出具有高比表面积的多孔炭，提高其对污水及空气的净化效率。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种利用玫瑰茎制备多孔炭的方法，该方法制得的多孔炭。该多孔炭对铬和PM2.5具有较佳吸附能力。本专利技术的技术方案如下：一种利用玫瑰茎制备多孔炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将玫瑰茎分段洗净后烘干；2）在氮气保护下进行预炭化；3）将预炭化后的玫瑰茎与氢氧化钾以质量比1：1-3的比例混合均匀，在氮气保护下进行炭化活化；4）炭化活化后的产物，在氮气保护下自然冷却至室温，用稀盐酸洗涤去除产物中的无机成分，然后用去离子水洗涤至中性；5）再次烘干后得到多孔炭材料。步骤1）中的烘干指的是在110℃下烘5h。步骤2）中的预炭化为以3℃/min的速率升温至360℃，并保持2h。步骤3）中的炭化活化为以3℃/min的速率升温至600-750℃，并保持2h。步骤4）中的稀盐酸浓度为1mol/L，去离子水为100℃去离子水。步骤5）中的再次烘干指的是在120℃下烘12h。本专利技术还提供了一种多孔炭，其采用上述方法制得。本专利技术的目的还包括上述多孔炭在吸附铬离子及PM2.5上的应用。与现有技术相比较，本专利技术方法具有以下有益效果：1）玫瑰基多孔炭为高比表面积的多孔炭结构，植物结构在600℃得到较好的保存并在活化剂氢氧化钾的作用下使多孔结构获得了扩展。2）在600℃和750℃无氧加热后，样品主要成分为碳。3）玫瑰基多孔炭对六价铬的液相吸附符合二级动力学方程，存在最大限度，实验中样品对铬的最大吸附量可达到344.83mg/g。4）玫瑰基多孔炭对PM2.5的阻挡实质是对PM2.5颗粒物的阻挡，空气可经过多孔炭中微孔通过，其阻挡效果优于NORIT商用碳经过同样处理后的阻挡效果。阻挡后PM2.5浓度可低至0.0588mg/m3。附图说明以下结合附图对本专利技术作进一步说明：图1为碳化温度为600℃时对应的玫瑰炭的SEM图；图2为碳化温度为750℃时对应的玫瑰炭的SEM图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。实施例1：(1)将将玫瑰茎剪成12cm-15cm长度后，洗净玫瑰茎于110℃烘箱烘5h，然后在氮气保护下，于管式炉中以3℃/min的速率升温至360℃，并保持2h，进行预炭化；(2)将预炭化后的玫瑰茎与氢氧化钾以质量比1∶1的比例混合均匀，在氮气保护下的管式炉中，以3℃/min的速率升温至600℃，并保持2h，进行炭化活化；(3)炭化活化后的产物，在氮气保护下自然冷却至室温，用1mol/L盐酸洗涤去除产物中的无机成分，然后用100℃去离子水洗涤至中性，120℃烘干12h得到多孔炭材料；(4)采用BET比表面积测试法测量多孔炭材料，其BET比表面积达245.5m2/g，且包括微孔、介孔和大孔。样品对铬的最大吸附量可达到212.76mg/g。实施例2：(1)将将玫瑰茎剪成12cm-15cm长度后，洗净玫瑰茎于110℃烘箱烘5h，然后在氮气保护下，于管式炉中以3℃/min的速率升温至360℃，并保持2h，进行预炭化；(2)将预炭化后的玫瑰茎与氢氧化钾以质量比1∶1的比例混合均匀，在氮气保护下的管式炉中，以3℃/min的速率升温至750℃，并保持2h，进行炭化活化。(3)炭化活化后的产物，在氮气保护下自然冷却至室温，用1mol/L盐酸洗涤去除产物中的无机成分，然后用100℃去离子水洗涤至中性，120℃烘干12h得到多孔炭材料；(4)采用BET比表面积测试法测量多孔炭材料，其BET比表面积达2204.4m2/g，且包括微孔、介孔和大孔。样品对铬的最大吸附量可达到333.33mg/g。实施例3：(1)将将玫瑰茎剪成12cm-15cm长度后，洗净玫瑰茎于110℃烘箱烘5h，然后在氮气保护下，于管式炉中以3℃/min的速率升温至360℃，并保持2h，进行预炭化；(2)将预炭化后的玫瑰茎与氢氧化钾以质量比1∶2的比例混合均匀，在氮气保护下的管式炉中，以3℃/min的速率升温至650℃，并保持2h，进行炭化活化；(3)炭化活化后的产物，在氮气保护下自然冷却至室温，用1mol/L盐酸洗涤去除产物中的无机成分，然后用100℃去离子水洗涤至中性，120℃烘干12h得到多孔炭材料；(4)采用BET比表面积测试法测量多孔炭材料，其BET比表面积达999.5mm2/g，且包括微孔、介孔和大孔。样品对铬的最大吸附量可达到256.41mg/g。实施例4：(1)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用玫瑰茎制备多孔炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将玫瑰茎分段洗净后烘干；2）在氮气保护下进行预炭化；3）将预炭化后的玫瑰茎与氢氧化钾以质量比1：1‑3的比例混合均匀，在氮气保护下进行炭化活化；4）炭化活化后的产物，在氮气保护下自然冷却至室温，用稀盐酸洗涤去除产物中的无机成分，然后用去离子水洗涤至中性；5）再次烘干后得到多孔炭材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用玫瑰茎制备多孔炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将玫瑰茎分段洗净后烘干；
2）在氮气保护下进行预炭化；
3）将预炭化后的玫瑰茎与氢氧化钾以质量比1：1-3的比例混合均匀，在氮气保护下进行炭化活化；
4）炭化活化后的产物，在氮气保护下自然冷却至室温，用稀盐酸洗涤去除产物中的无机成分，然后用去离子水洗涤至中性；
5）再次烘干后得到多孔炭材料。
2.如权利要求1所述的一种利用玫瑰茎制备多孔炭的方法，其特征在于，步骤1）中的烘干指的是在110℃下烘5h。
3.如权利要求1所述的一种利用玫瑰茎制备多孔炭的方法，其特征在于，步骤2）中的预炭化为以3℃/min的速率升温至...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雅钦，陈敬梓，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11