吸附剂及其制造方法技术

在酸溶解处理２０中，将通过粉碎处理１０制备的洋麻芯部制品溶解在７０％硫酸中，得到糖类相（糖／硫酸溶液）。通过离心分离处理３０将糖类相与木质素相（硫酸木质素）分离。采用酸加热处理４０，在硫酸存在下，将糖类相在９０℃加热２小时。进一步，通过水稀释及过滤处理５０，用水稀释糖类（残余物）并过滤直到滤液成为中性。采用水洗及干燥处理６０，用水洗涤并干燥糖类。之后，通过煅烧处理７０得到用作吸附剂Ａ的糖炭。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
吸附剂及其制造方法
本专利技术涉及将植物材料作为原料制备的吸附剂以及这种吸附剂的制备方法。
技术介绍
通常使用人造沸石基吸附剂用于从混合气体中选择性吸附特定气体。这种人造沸石基吸附剂具有高的孔比例中，提供了气体吸附性能，例如1.0nm或更小的微孔(直径为微量级的孔)，因此对混合气体具有优异的吸附选择性。然而，虽然这种吸附剂对混合气体具有较高的吸附选择性，但由于要维持较低的生产成本，因此这种吸附剂受到限制。在气体吸附中，一直采用植物材料作为原料制备吸附剂如活性碳。这类吸附剂通常可采用简单的对植物材料进行煅烧处理得到。煅烧处理能在炭颗粒上形成许多孔。这些孔与各种组分的吸附性密切相关。这类吸附剂生产成本低于人造沸石基吸附剂。然而，由植物材料作为原料制备的吸附剂存在一个问题，即该吸附剂对混合气体的吸附选择性低于人造沸石基吸附剂低。这是因为这类吸附剂与人造沸石基吸附剂相比，提供气体吸附性的微孔(直径为微量级的孔)比例较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以植物材料作为原料制备的吸附剂，该吸附剂具有优良的吸附性能，本专利技术还提供了这种吸附剂的制造方法。本专利技术的专利技术者构思了一种能提高以植物材料作为原料制备的吸附剂的吸附性能的方法，使其达到与人造沸石基吸附剂相当的吸附水平。专利技术者对以植物材料作为原料制备的吸附剂及其制造方法等进行了广泛的研究。结果，专利技术者成功地发现植物材料中含有的热塑性木质素是煅烧处理中阻碍在炭颗粒中毛孔形成的抑制因素。另外，合理的除去木质素就有可能提高对混合气体的吸附选择性。实现上述目标的一个解决方法就是采用包括一种主要是糖炭(sugar char)的吸附剂，糖炭是以植物材料作为原料的碳化糖类。-->在此使用的“植物材料”是指广义的木质材料，即诸如针叶树、阔叶树以及草本材料如洋麻的木质材料。与其它吸附剂如人造沸石基吸附剂相比，通过使用这种植物材料为原料，生产成本可保持在较低水平。而且，根据本解决方法得到的吸附剂，其组分主要由糖炭组成，即该吸附剂主要由糖炭组成。在此使用的“主要由组成”包括吸附剂中含有少量除糖炭外的其它组分的情况。而且，在此使用的“糖炭”可通过碳化植物材料中含有的糖类碳化得到。尤其是，在该解决方法中，糖炭最好是通过分解植物材料中含有的糖害得到分子量较低的物质，再将其碳化得到的。为了更具体的说明这一点，植物材料除了含有糖类(与糖相关的组分)以外，自身还含有木质素(与木质素相关的组分)作为另一种主要成分。因此，通过植物材料简单进行煅烧处理(碳化)得到的吸附剂除了含有糖炭以外还含有木质素及其它组分。相反的，本专利技术的特征在于，吸附剂组成中尽可能地除去除糖类以外的其它成分。可以通过除去植物材料中糖类以外的其它组分，如木质素，再将糖类进行煅烧处理使其碳化可获得这类吸附剂。木质素具有热塑性，因此木质素会在煅烧过程中粘结到糖炭上。这可能是在形成孔过程中的抑制因素，而这些孔提供了吸附性能。当孔的形成受到阻碍时，吸附剂的毛孔体积、比表面积等下降，结果是吸附剂的吸附性能下降。因此，为了获得主要由糖炭组成的吸附剂，例如本专利技术所述吸附剂，对主要由糖类(具有较低分子量)组成的组分进行煅烧处理，就能有利地形成提供吸附性能的孔，因而得到具有优良吸附性能的吸附剂。也就是说，将主要由较低分子量的糖类组成的组分进行煅烧处理，能使吸附剂的微孔，尤其是1.0nm或更小的微孔比例与人造沸石基吸附剂的孔比例相当，因此可以得到对混合气体具有较高吸附选择性的吸附剂。优选使用草本材料作为吸附剂原料的植物材料。更具体的，优选使用洋麻(kenaf)。草本材料如洋麻可以通过栽培得到，因此与木质材料如针叶树及阔叶木相比，草本材料更有助于保护森林资源、改善全球环境等。因此，使用草本材料尤其是易于栽培、生长相对较快的洋麻能得到有利于全球环境保护的吸附剂。而且，这种解决方法能提供其最佳孔半径约为0.4nm的孔尺寸分布。已经证实，这些吸附剂能选择性吸附相对较小的烃分子。例如，可以提供能选择性吸附甲烷的吸附剂。根据这种解决方法得到的吸附剂与传统的吸附剂相比，其吸附能力显著提高，因此可以用作对甲烷的有效吸附剂。考虑到这类吸附剂的形状，可以提供其最佳孔半径约为0.35mm的孔径分布的-->吸附剂。还提供了能选择性吸附丁烷的吸附剂。对这类吸附剂的形状，可提供其最佳孔半径约为0.45mm的孔径分布的吸附剂。另一个实现上述目标的解决方法就是使用植物材料为原料的制造方法，该方法包括：除去木质素；提取糖类以及煅烧的步骤。除去木质素的步骤中，除去作为植物材料天生含有的糖类以外的组分的木质素。这里使用的“糖类”是指与糖类相关的组分，广义上包括多糖如纤维素、单糖以及各种其它糖。这里使用的“木质素”广义上包括各种与木质素相关的组分。通过除去木质素这一步骤，可以除去糖类以外的其它主要组分，得到不含木质素的糖类相。木质素具有热塑性，因此在下面将说明的煅烧处理过程中会粘结到糖炭上。木质素是形成提供吸附性能的孔过程中的抑制因素。因此，除去木质素能提高吸附剂的吸附性能。除去木质素的具体方式中，一种方式是向植物材料中加入硫酸，通过酸溶解分离除去木质素，一种方式是将植物材料进行包括硝酸处理及碱处理在内的混合处理过程(所谓的硝酸处理方法)，还有一种方式是将植物材料用水溶盐溶液等处理(所谓的水溶方法)等。提取糖类的步骤中，是从除去木质素步骤所得到的糖类相中提取糖类。糖类相中含有除去木质素以后的糖类以及之前步骤中所用溶剂等。该步骤中，将糖类相分离成糖类以及不同于糖类的其它组分，从而提纯糖类。提取糖类的具体方式有，例如，一种方式是在硫酸存在下热处理糖类相，通过硫酸的脱水作用使糖类脱水，随后再沉淀该糖类。煅烧步骤中，在高温如约750℃下对提纯糖类进行煅烧处理，从而形成糖炭。这样就可以得到主要由糖炭组成的吸附剂。也就是说，煅烧处理能在糖炭表面形成具有吸附功能的孔。按照本专利技术说明的方法，通过预先除去糖类以外的其它组分，再进行煅烧处理，可以形成具有高吸附性能的孔。尤其是，所得吸附剂中1.0nm或更小的微孔的比例基本上与人造沸石基吸附剂中的微孔比例相当。具体而言，这种吸附剂对混合气体具有高吸附选择性。进一步，与人造沸石基吸附剂相比，采用植物材料作为原料可以使生产成本保持在较低水平。而且，因为木质素通常具有较高的工业或商业使用价值，而在提取木质素过程中产生的糖类相(副产物)经常作为废品处理。因此，以糖类相这一副产物作为原料生产吸附剂，能降低吸附剂的原料成本，并能降低处理糖类相的成本。这一点大大降低了成本。如上所述，本解决方法能以植物材料作为原料制造吸附剂，此外，制造的吸附剂具有优异的吸附性能。-->而且，根据另一种解决方法，较好的，该方法包括在提取糖类或煅烧步骤之后的活化处理步骤。这里使用的“活化处理”按下面方式进行。例如，将糖类或炭与碱性试剂的混合物在300至500℃脱水，接着于600至800℃煅烧形成煅烧体。再用水充分洗涤，从煅烧体中除去碱性试剂。活化处理这一步骤能使得到按照本解决方法制得的吸附剂具有高的微孔比例，因此吸附剂对混合气体具有高的吸附选择性。根据另一种解决方法，在上述提取糖类的步骤中，最初进行的步骤是将糖类相在硫酸存在下进行酸加热，沉淀出糖类。例如，可以在90℃处理2小时。该处理过本文档来自技高网...

【技术保护点】
以植物材料作为原料制备的吸附剂，其特征在于，该吸附剂主要由碳化糖类得到的糖炭组成。

【技术特征摘要】
JP 2002-2-15 038644/2002;JP 2002-6-3 160877/20021.以植物材料作为原料制备的吸附剂，其特征在于，该吸附剂主要由碳化糖类得到的糖炭组成。2.以植物材料作为原料制备的吸附剂，其特征在于，吸附剂主要由碳化糖类得到的分子量降低的糖炭组成。3.如权利要求1或2所述的吸附剂，其特征在于，以洋麻作为植物材料。4.如权利要求1至3中任一项所述的吸附剂，其特征在于，吸附剂的孔径分布的最佳孔半径约为0.4nm。5.如权利要求1至3中任一项所述的吸附剂，其特征在于，吸附剂选择性吸附甲烷。6.如权利要求1至3中任一项所述的吸附剂，其特征在于，吸附剂选择性吸附丁烷。7.以植物材料作为原料制造吸附剂的方法，其特征在于，该方法包括：从植物材料中除去木质素的木质素除去步骤；从木质素除去步骤中得到的糖类相中提取糖类的糖类提取步骤；煅烧在糖类提取步骤中得到的糖类获得的主要由糖炭组成的吸附剂的煅烧步骤。8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该方法包括将已经过糖类提取步骤的干糖类产物或者是已经过煅烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤考司，江端康高，
申请(专利权)人：亚乐克株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]