利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，涉及植物加工领域，包括预处理、活化剂浸渍、干燥碳化处理、清洗处理和表面活化处理等步骤利用等离子体的高温作为碳化的热源、结合化学活化剂活化方法最后再次高温表面处理以高效的将树叶转换为高性能活性炭的方法。

Method for converting leaves into activated carbon by using plasma activating agent

The invention discloses a method combined with activating agent into leaves activated carbon by plasma, relates to the field of plant processing, including preprocessing, activator impregnation, drying and carbonizing processing steps, cleaning and surface activation treatment using plasma as heat source and high temperature carbonization combined with chemical activation method of high temperature surface and finally again treatment with efficient method leaves converted to high performance active carbon.

【技术实现步骤摘要】
利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法
本专利技术涉及植物加工领域，特别涉及一种利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法。
技术介绍
植物的落叶其本身是含碳量很高的，非常适合作为活性炭的生产材料使用，而现有技术中将植物质原料加工为活性炭通常都是采用分离和高温碳化的方式，如公开号为CN101955181A，公开时间为2011年1月26日，名称为“利用落叶松木材快速热解副产物炭制备活性炭的方法”的中国专利技术专利文献，公开了一种利用落叶松木材快速热解副产物炭制备活性炭的方法，首先对落叶松木材进行快速热解，得到热解炭和热解气；对上述热解气进行冷凝，得到热解油和不可冷凝气体，使不可冷凝气体在空气中燃烧，得到活化气体；用活化气体作为活化剂，对热解炭进行活化，冷却至室温，得到活性炭，使活化过程中产生的高温尾气循环使用。本专利技术方法，在活化过程中不需要加入外部热源和活化剂，热解产物综合利用率高，环境污染小；制备活性炭的工艺简单，能源利用率高，实现了热量循环利用，节约能源，得到的活性炭吸附性能良好，各项指标符合国家标准，可以广泛应用于气相吸附和化工产品的脱色；但是采用这种方式在加工含水量较高或者本身材质较难被碳化的植物落叶时，仅仅采用一般的分离和高温碳化方式所制作出来的活性炭其性能比较一般，而且成品率也较低，吸附性等都不好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用等离子体的高温作为碳化的热源、结合化学活化剂活化方法最后再次高温表面处理以高效的将树叶转换为高性能活性炭的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤预处理：将树叶通过筛选、干燥、研磨后得到10-60目规格、含水量≦15%的粒料；活化剂浸渍：将所述粒料浸入包含氢氧化钾（KOH）、氯化锌（ZnCl2）、无水乙醇和去离子水的活化剂中进行活化处理，且使用的活化剂的量与所述粒料的量按照2.5-3.5:1进行配比，浸渍时间≧2小时；干燥碳化处理：将经过活化剂浸渍的粒料置于惰性气体环境中，引入等离子体流进行升温干燥和碳化，在惰性气体环境中按照4-6℃/min的升温曲线将温度升高至350±50℃并保持温度45-60分钟，将粒料碳化；清洗处理：将经过碳活化处理的粒料用分析纯盐酸（HCl）搅拌清洗，再用去离子水清洗至中性后进行真空脱水干燥处理，干燥温度保持在105±5℃，真空度保持在90-100KPa，直至所述粒料的含水量≦5%；表面活化处理：在清洗处理过程中，当所述粒料的含水量≦5%时再次引入等离子体流对粒料的表面进行改性和活化，且表面活化处理的过程需要保持真空环境，活化处理时间5-10秒。所述活化剂中氢氧化钾（KOH）、氯化锌（ZnCl2）和无水乙醇的占比≧60%，且氢氧化钾（KOH）的占比≧40%。所述惰性气体环境是指充满氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）气或者其两项或多项结合的气体环境。所述干燥碳化处理过程中，所述惰性气体是持续输入以保持惰性气体环境和调整温度，所述惰性气体的输入流量为50SLPM-200SLPM。所述表面活化处理过程中引入等离子体流将温度升高至700-800℃。本专利技术的有益效果如下：一、本专利技术提供的一种利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，包括预处理、活化剂浸渍、干燥碳化处理、清洗处理和表面活化处理步骤，预处理的步骤中先将树叶原料筛选出优良的原料，干燥脱水后再研磨，这样可以保证原料的品质，干燥脱水后也更便于研磨处理为后续加工所需要的规格，并且干燥的粒料有含水量低的优势；活化剂浸渍步骤中，采用包合氢氧化钾（KOH）、氯化锌（ZnCl2）、无水乙醇和去离子水的活化剂，生物质原料遇碱性活化剂更易脱水碳化，使用氯化盐（氯化锌）作为去离子水和碱液的添加是为了阻碍碱液与物料中的物质过快反应生成氯化盐而影响碱液对物料的脱水碳化活化作用，活化剂的量与所述粒料的量按照2.5-3.5:1进行配比，浸渍时间≧2小时足以使活化碳化反应充分彻底；干燥碳化处理步骤中，将经过活化剂浸渍的粒料置于惰性气体环境中，引入等离子体流进行升温干燥和碳化，等离子体流可以产生极高的温度、方便精确调控，并且具有一定的电学特性，在碳化过程中可以有效提高物料的碳化程度，在惰性气体环境中按照4-6℃/min的升温曲线将温度升高至350±50℃并保持温度45-60分钟将粒料碳化，逐渐升温有助于避免突然高温导致物料表面高速碳化而内部无法得到有效升温影响碳化过程，最终保持在预定的碳化温度中保持一定时间以保证物料被充分碳化，特别是对于绿叶植物，还可以破坏其叶绿体结构；清洗处理步骤中，将经过碳活化处理的粒料用分析纯盐酸（HCl）搅拌清洗以中和活化剂浸渍时留下的碱残留，再用去离子水清洗至中性后进行真空脱水干燥处理，真空状态避免干燥时物料亲氧甚至燃烧影响产品质量，干燥温度保持在105±5℃保证水分的蒸发干燥，真空度保持在90-100KPa，直至所述粒料的含水量≦5%，此时可以视为物料已经达到甚至超过一般活性炭的标准；表面活化处理步骤中，当所述粒料的含水量≦5%时再次在真空环境中引入等离子体流对粒料的表面进行改性和活化，且表面活化处理的过程需要保持真空环境，活化处理时间5-10秒，利用等离子体流的超高温度使物料表面迅速改性，增强其单位体积内的表面吸附能力。二、本专利技术提供的一种利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，活化剂中氢氧化钾（KOH）、氯化锌（ZnCl2）和无水乙醇的占比≧60%，且氢氧化钾（KOH）的占比≧40%，这样的配比保证了活化剂的碱性强度，有助于活化效果的提升。三、本专利技术提供的一种利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，惰性气体环境是指充满氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）气或者其两项或多项结合的气体环境，可选择范围广，采用组合的形式也可以满足条件，进一步降低了生产的难度要求。四、本专利技术提供的一种利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，干燥碳化处理过程中，惰性气体是以50SLPM-200SLPM的输入流量持续输入的，持续输入惰性气体可以保证反应范围中不会因为温度、压力、气流等变化导致隔氧性下降。五、本专利技术提供的一种利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，表面活化处理过程中引入等离子体流将温度升高至700-800℃，此温度下满足绝大多数植物叶物料的表面碳化改性的温度要求，同时也不会因为过高温度导致其他物质产生复合反应。具体实施方式以下通过几个具体实施例来进一步说明实现本专利技术目的的技术方案，需要说明的是，本专利技术的技术方案包含但不限于以下实施例。实施例1利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤预处理：将树叶通过筛选、干燥、研磨后得到10-60目规格、含水量≦15%的粒料；活化剂浸渍：将所述粒料浸入包含氢氧化钾（KOH）、氯化锌（ZnCl2）、无水乙醇和去离子水的活化剂中进行活化处理，且使用的活化剂的量与所述粒料的量按照2.5-3.5:1进行配比，浸渍时间≧2小时；干燥碳化处理：将经过活化剂浸渍的粒料置于惰性气体环境中，引入等离子体流进行升温干燥和碳化，在惰性气体环境中按照4-6℃/min的升温曲线将本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤预处理：将树叶通过筛选、干燥、研磨后得到10‑60目规格、含水量≦15%的粒料；活化剂浸渍：将所述粒料浸入包含氢氧化钾（KOH）、氯化锌（ZnCl

【技术特征摘要】
1.利用等离子体结合活化剂将树叶转换为活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤预处理：将树叶通过筛选、干燥、研磨后得到10-60目规格、含水量≦15%的粒料；活化剂浸渍：将所述粒料浸入包含氢氧化钾（KOH）、氯化锌（ZnCl2）、无水乙醇和去离子水的活化剂中进行活化处理，且使用的活化剂的量与所述粒料的量按照2.5-3.5:1进行配比，浸渍时间≧2小时；干燥碳化处理：将经过活化剂浸渍的粒料置于惰性气体环境中，引入等离子体流进行升温干燥和碳化，在惰性气体环境中按照4-6℃/min的升温曲线将温度升高至350±50℃并保持温度45-60分钟，将粒料碳化；清洗处理：将经过碳活化处理的粒料用分析纯盐酸（HCl）搅拌清洗，再用去离子水清洗至中性后进行真空脱水干燥处理，干燥温度保持在105±5℃，真空度保持在90-100KPa，直至所述粒料的含水量≦5%；表面活化处理：在清洗处理过程中，当所述粒料的含水量≦5%时再次引入等离子体流对粒料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯再，陈伟，
申请(专利权)人：成都新火环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51