一种香蕉皮衍生物多孔碳及其应用制造技术

本发明专利技术涉及吸附分离技术领域，公开了一种香蕉皮衍生物多孔碳及其应用，该香蕉皮衍生物多孔碳的制备是以废弃香蕉皮为碳源，柠檬酸盐为模板，通过简单的机械搅拌混合均匀，再经过高温焙烧得到。通过此方法得到的多孔碳比表面积大，孔道结构丰富，能用于吸附液蜡油中芳烃，而且效果好，该制备方法绿色环保，有利于可持续发展。

A banana peel derivative porous carbon and its application

The invention relates to the field of adsorption and separation technology, and discloses a banana peel derivative porous carbon and its application. The preparation of the banana peel derivative porous carbon is based on waste banana peel as carbon source and citrate as template, which is evenly mixed by simple mechanical stirring and then calcined at high temperature. The porous carbon obtained by this method has large specific surface area and abundant pore structure. It can be used to adsorb aromatic hydrocarbons in liquid wax oil with good effect. The preparation method is green and environmentally friendly, and is conducive to sustainable development.

【技术实现步骤摘要】
一种香蕉皮衍生物多孔碳及其应用
本专利技术涉及吸附分离
，特别涉及一种香蕉皮衍生物多孔碳及其应用。
技术介绍
芳烃/链烷烃混合物分离一直以来都是一个复杂的过程。液蜡油是指石油原油中煤油或者柴油，经分子筛或异丙醇-尿素脱蜡而得到的一种混合物，其主要成分为正十一烷至正十六烷的正构烷烃，由它可以制备出一系列的化工产品，如氯化石蜡、农药乳化剂、皮革、塑料增塑剂、化肥添加剂及化妆品等。由于液蜡油是石油提炼精细化工原料的中间体，并且液蜡油中芳烃(主要为烷基苯)含量偏高将会影响到氯化石蜡产品质量和精细化工原料十五烷基磺酰氯产量，在国内石油提炼精细化工原料生产技术中芳烃的含量较高，所以控制液蜡油中芳烃的含量尤为重要。传统芳烃去除的方法有：加氢脱芳、发烟硫酸精制脱芳以及吸附等。加氢法是在催化剂的作用下，将不饱和的烃类转化为饱和烃类的方法。由于加氢脱芳是一个可逆反应，故反应过程中必然会产生环烯烃等副产物，从而影响产物的稳定性和纯度，并且，反应过程需要在氢源充足的地方进行，反应过程中需用到贵金属催化剂，这对于一些中小企业来说，难以实现工业化生产。磺化法是通过将芳烃与H2SO4、发烟硫酸或SO3接触发生磺化反应，再将磺化反应后的废酸分离去除的方法。一般而言，硫酸处理过程中会伴随有氧化、聚合、磺化和生成胶质等中间反应。反应过程中会产生某些副反应使物料粘度增大，色泽加深，从而影响了产品质量，更重要的是在磺化反应的过程中会产生大量的废酸、废渣以及废气，严重污染环境，有悖于当前倡导的清洁生产工艺和可持续发展战略。近年来，离子液体和低共熔溶剂用于芳烃/链烷烃分离的研究报道较多，然而价格高、腐蚀性以及高黏度等缺点限制了这两种方法的大规模使用。与前面几种方法相比，吸附法因具有能耗低、设备腐烛小、价格低廉、操作简便以及高效率等优点而备受关注。它是通过吸附剂和液蜡油中的芳烃化合物之间发生化学反应形成配合键或离子键，从而达到将液蜡油中芳烃分离出来的效果。多孔碳材料因其超高的比表面积、大的孔隙率、优越的化学稳定性与机械稳定性及独特的导电性能的优点，成为一种吸附性能优良的材料。作为一种食品废弃物，香蕉皮不仅具有发达的细胞空隙结构，而且其表面具有丰富的有机官能团，尤其是利用其表面的羧基、羟基，能够与液蜡油中的芳烃键合作用，从而达到分离出芳烃的效果。本申请采用香蕉皮为碳源，柠檬酸盐为硬模板，通过机械搅拌法合成的多孔碳材料，在用于吸附液蜡油中的芳烃时具有良好的效果，目前这种方法在其他专利和文献中未见报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种香蕉皮衍生物多孔碳及其应用，该多孔碳比表面积大，孔道结构丰富，能用于吸附液蜡油中芳烃，而且效果好。为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术方案：一种香蕉皮衍生物多孔碳，其制备方法包括如下步骤：1、多孔碳前驱体的合成将香蕉皮洗净、剪碎，再用去离子水清洗后置于干燥箱中干燥至恒重；向干燥后的香蕉皮中依次加入柠檬酸盐和水，然后将混合物搅拌，反应完成后，得到前驱体，置于干燥箱中干燥至恒重；2、香蕉皮衍生物多孔碳的制备将烘干后的前驱体置于通保护气的管式炉中，升温至600-1000℃，保温焙烧1-5小时，焙烧完成后，将所得的黑色粉末经酸溶液浸泡过夜，固液分离，然后用去离子水洗涤固体至洗出液呈中性，将去离子水洗后所得的固体干燥，即得到香蕉皮衍生物多孔碳。进一步，步骤1中，香蕉皮和柠檬酸盐的重量比为1:1-1:5；步骤1中，所述柠檬酸盐为柠檬酸锌、柠檬酸镁、柠檬酸钙或柠檬酸铁；更进一步，步骤1中，香蕉皮与柠檬酸盐的质量比为1:2。进一步，步骤1中，将混合物搅拌的具体条件为：将混合物在电动搅拌器下以500-1000r/min速率搅拌24-72h。进一步，步骤2中，升温速率为1-10℃/min。进一步，所述的酸溶液为5-15wt％的盐酸溶液。进一步，步骤2中，将去离子水洗后所得的固体在100℃下干燥12h。进一步，所述的保护气为氮气。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、该多孔碳含有羟基和羧基，能与液蜡油中的芳烃化合物之间发生键合作用，形成配合键以及大π键，从而达到将液蜡油中芳烃分离出来的目的。2、该多孔碳以生物质香蕉皮为碳源，香蕉皮具有发达的细胞空隙结构，包含丰富的化学活性成分，因此具备资源便宜、无毒、低成本、丰富的化学组成等良好的特性。3、该多孔碳以柠檬酸盐为硬模板，在此反应中，柠檬酸盐焙烧后生成的氧化物不仅能够稳定碳骨架结构，而且还可以在后期盐酸浸泡后产生介孔，从而丰富材料的孔道结构以及增大材料的比表面积，增强吸附芳烃效果；同时柠檬酸盐还能提供羟基、羧基等活性基团，这些活性基团一方面与香蕉皮中的活性基团发生相互作用，使得与香蕉皮的附着力变大，另一方面，还能够提供吸附芳烃的活性位点，进一步增强吸附效果。4、该多孔碳的制备方法中，以香蕉皮为碳源，柠檬酸盐为硬模板，通过简单的机械混合法得到碳前驱体，再经过高温焙烧得到香蕉皮衍生物多孔碳，该多孔碳具有丰富的孔道结构，从而提高了多孔碳对液蜡油中芳烃的吸附能力和效率。5、该多孔碳的制备方法简单，操作方便，以香蕉皮为原料，不仅实现废物利用，原料简单易得且价格低廉，因此属于可持续和绿色的方法。6、与现有的活性炭、硅胶和分子筛相比，该多孔碳对液蜡油中的芳烃化合物具有更高的吸附容量和吸附率，且合成方法更加简单，原料更加低廉。附图说明图1为实施例1制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)的扫描电镜图。图2为实施例1制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)的红外光谱图。图3为实施例1制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)的XRD图。图4为实施例1制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)的N2等温吸附-脱附图和孔径分布图。图5为实施例1制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)与其他商业吸附剂(活性炭、硅胶和10X分子筛)吸附液蜡油中芳烃的吸附容量对比图。图6为实施例1制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)与其他商业吸附剂(活性炭、硅胶和10X分子筛)吸附液蜡油中芳烃的吸附率对比图。图7为实施例2制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Mg)的扫描电镜图。图8为实施例2制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Mg)的N2等温吸附-脱附图和孔径分布图。图9为实施例3制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Ca)的扫描电镜图。图10为实施例3制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Ca)的N2等温吸附-脱附图和孔径分布图。图11为实施例4制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Fe)的N2等温吸附-脱附图和孔径分布图。图12为实施例5在焙烧温度为650℃下制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)的扫描电镜图。图13为实施例5在焙烧温度为750℃下制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)的扫描电镜图。图14为实施例5在焙烧温度为950℃下制备的香蕉皮衍生物多孔碳(PC-Zn)的扫描电镜图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一种香蕉皮衍生物的多孔碳，其制备方法的步骤是：1、多孔碳前驱体的合成将食品废弃物香蕉皮洗净、剪碎至(1-2)cm*(1-2)cm大小，再用去离子水清洗3次后置于100℃干燥箱中保温至恒重，冷却后取出放置于密封袋中备用。将10g烘干后的香蕉皮和20g柠檬酸锌分别加入250ml烧瓶中，加入少量的水。然后将混合物在电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种香蕉皮衍生物多孔碳，其特征在于其制备方法包括如下步骤：1.1、多孔碳前驱体的合成将香蕉皮洗净、剪碎再用去离子水清洗后置于干燥箱中进行干燥；向干燥后的香蕉皮中，依次加入柠檬酸盐和水，然后将混合物搅拌，反应完成后，得到前驱体，烘干；1.2、香蕉皮衍生物多孔碳的制备将烘干后的前驱体置于通保护气的管式炉中，升温至600‑1000℃，保温焙烧1‑5小时；焙烧完成后，将所得的黑色产物经酸溶液浸泡过夜，固液分离，然后用去离子水洗涤固体至洗出液呈中性；将去离子水洗后所得的固体干燥，即得到香蕉皮衍生物多孔碳。

【技术特征摘要】
1.一种香蕉皮衍生物多孔碳，其特征在于其制备方法包括如下步骤：1.1、多孔碳前驱体的合成将香蕉皮洗净、剪碎再用去离子水清洗后置于干燥箱中进行干燥；向干燥后的香蕉皮中，依次加入柠檬酸盐和水，然后将混合物搅拌，反应完成后，得到前驱体，烘干；1.2、香蕉皮衍生物多孔碳的制备将烘干后的前驱体置于通保护气的管式炉中，升温至600-1000℃，保温焙烧1-5小时；焙烧完成后，将所得的黑色产物经酸溶液浸泡过夜，固液分离，然后用去离子水洗涤固体至洗出液呈中性；将去离子水洗后所得的固体干燥，即得到香蕉皮衍生物多孔碳。2.根据权利要求1所述的香蕉皮衍生物多孔碳，其特征在于：香蕉皮和柠檬酸盐的重量比为1:1-1:5。3.根据权利要求2所述的香蕉皮衍生物多孔碳，其特征在于：将混合物搅拌的具体条件为：将混合物在电动搅拌器下以500-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖杨，毛佳宇，金士威，赵福真，洪景萍，王仔祎，杨正敏，胡佳乐，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42