一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法及制得的活性炭与应用技术

本发明专利技术提供了一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法及制得的活性炭，所述方法包括以下步骤：(1)将废弃烟蒂在保护气下进行热解预炭化；(2)在热解预炭化后的废弃烟蒂中加入活化剂，并研磨混匀，得到混合物；(3)将混合物在保护气下进行热解炭化，得到活性炭。本发明专利技术采用热解预炭化，使废弃烟蒂中的醋酸纤维和焦油热解炭化，焦油在热解过程中成炭于醋酸纤维表面，可以实现对废弃烟蒂中的焦油的再利用，且焦油参与成炭过程，不仅提高了活性炭的得率，还显著增加了活性炭的比表面积和中孔率。本发明专利技术制备活性炭的生产成本低，工艺简单；制备得到的活性炭具有高比面积和高孔隙结构，使其在环境保护、电化学等领域具有很好的应用前景。

A method of preparing activated carbon from waste cigarette butts and its application

【技术实现步骤摘要】
一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法及制得的活性炭与应用
本专利技术涉及一种废弃烟蒂资源化利用的方法，具体涉及一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法及制得的活性炭与活性炭在制备吸附材料和/或电化学材料中的应用。
技术介绍
烟蒂是指卷烟燃吸后的残余部分，主要由外层的包装纸包裹的纤维丝束及燃吸过程中截留下来的主流烟气粒相物组成。我国是卷烟生产和消费大国，随着每年大量卷烟被消耗掉，相应地产生大量的废弃烟蒂，污染环境。废弃烟蒂中烟用丝束主要成分为醋酸纤维，它是由木浆纤维乙酰化而成，醋酸纤维表面吸附了烟支抽吸过程中产生的焦油类成分，废弃烟蒂的资源化利用越来越被人们研究和重视。CN101864608B公开了一种利用废醋纤丝束再生二醋酸纤维丝束的生产方法，本专利技术生产方法采用干法纺工艺处理废醋纤丝束。通过本专利技术的技术方案，将制棒和卷烟工序中产生的大量废二醋酸纤维丝束制备成烟用二醋酸纤维丝束，重新应用到制棒和卷烟工序中，使其原料得到最大程度的应用。该专利涉及到生产二醋酸纤维丝束采用的原料是废弃的二醋酸纤维丝束。CN109173994A公开了一种高温炭化改性废弃烟蒂制备生物炭的方法，该方法的步骤如下：一、水热法炭化烟蒂；二、离心，烘干；三、高温热解；四、加入酸，抽滤。该专利技术采用废弃烟蒂作为原料制备生物炭。该专利技术方法中第一步炭化是在水热反应釜中进行的，水热炭化过程中，会对反应釜内部产生高压，由于反应釜中有去离子水，会使烟蒂丝束中的焦油物质在高压条件下溶解于水中，不利于焦油物质的回收利用，且水热炭化法对设备要求高。r>
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种只采用热解制备活性炭的方法，该方法以废弃烟蒂原料，不经粉碎或水热处理，直接经热解预炭化和热解炭化制备获得高比面积的活性炭；本专利技术方法通过采用热解预炭化，使废弃烟蒂中的醋酸纤维和焦油热解炭化，焦油热解在活化过程中增加了活性炭的比表面积和孔隙结构。本专利技术方法所得活性炭的比表面积达到1500m2/g，中孔率在35～48％之间。本专利技术所采用的原料废弃烟蒂是人们消费卷烟后随手丢弃在烟灰缸中或路边等处的烟头，其原料来源广泛，成本低廉。本专利技术所采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将废弃烟蒂在保护气下进行热解预炭化，热解预炭化的温度为250～300℃；(2)在热解预炭化后的废弃烟蒂中加入活化剂，并研磨混匀，得到混合物；(3)将混合物在保护气下进行热解炭化，热解炭化的温度为500～800℃,得到活性炭。进一步的，步骤(1)中，所述热解预炭化的条件为：升温速率为5～30℃/min，升温至250～300℃，恒温保持0.5～3h；优选的，步骤(1)中，所述热解预炭化的条件为：升温速率为10～20℃/min，升温至270～290℃，恒温保持1～2h；更优选的，步骤(1)中，所述热解预炭化的条件为：升温速率为15℃/min，升温至280℃，恒温保持1.5h。进一步的，步骤(1)中，所述保护气选自二氧化碳、氩气、氮气和氦气中的至少一种，保护气的流量为90～120mL/min。保护气的作用是为了在高温炭化处理过程中营造缺氧的气氛，从而使物质炭化，而非燃烧。所述废弃烟蒂只有在所述惰性的保护气体氛围下才能成炭。优选的，步骤(1)中，所述保护气为氮气，保护气的流量为100～110mL/min。进一步的，步骤(2)中，所述活化剂选自氯化锌、磷酸和氯化钙中的一种。优选的，所述活化剂与预炭化后的废弃烟蒂的质量比为0.5～2:1。所述活化剂的作用主要是为了生产发达的孔隙结构及较高的孔表面积。所述活化剂能在高温下和预炭化的炭发生一系列的交联缩聚反应，使得物质内碳氢化合物内的氢和氧脱除，另外热解焦油在氯化锌活化剂的作用下生成活性炭，避免堵塞孔隙，从而达到造孔的目的。而且经过预炭化后，热解焦油能够与活化剂充分的接触，活化效果更好。进一步的，步骤(3)中，所述热解炭化的条件为：升温速率为10～50℃/min，升温至500～800℃/min，恒温保持1～4h；优选的，步骤(3)中，所述热解炭化的条件为：升温速率为20～40℃/min，升温至600～700℃/min，恒温保持2～3h；更优选的，步骤(3)中，所述热解炭化的条件为：升温速率为30℃/min，升温至650℃/min，恒温保持2h。进一步的，步骤(3)中，所述保护气选自氩气、氮气和氦气中的至少一种，保护气的流量为150～180mL/min。优选的，步骤(3)中，所述保护气为氮气，保护气的流量为160～170mL/min。进一步的，步骤(3)中，将高温炭化后的粗品用蒸馏水冲洗去除活性剂，然后干燥处理；优选的，干燥的温度为100～110℃，时间为3～10h。进一步的，所述方法还包括对废弃烟蒂进行预处理的步骤；优选的，所述预处理的具体操作为：撕去废弃烟蒂的外包纸，获得烟蒂丝束部分。第二方面，本专利技术还提供了所述的方法制得的活性炭，所述活性炭的比表面积达到1500m2/g，中孔率在60％以上。第三方面，本专利技术还提供了活性炭在制备吸附材料和/或电化学材料中的应用。由于制备的活性炭具有高比面积和高中孔率，将其吸附材料和/或电化学材料，可以提高吸附材料的吸附性能和电化学材料的电化学性能等。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用热解预炭化，使废弃烟蒂中的醋酸纤维和焦油热解炭化，焦油在热解过程中成炭于醋酸纤维表面，增加了比表面积和孔隙结构，且焦油中少量的氮、硫等元素会掺杂到热解炭内，也有利于提高活性炭的催化性能和电化学性能等。且本专利技术通过选择适宜的预炭化的条件，可以实现对废弃烟蒂中的焦油的再利用，且焦油参与成炭过程，不仅提高了活性炭的得率，还显著增加了活性炭的比表面积和中孔率。(2)本专利技术制备活性炭的生产成本低，工艺简单；制备得到的活性炭的比表面积达到1500m2/g以上，中孔率在35～48％之间，得到的活性炭在环境保护、电化学等领域具有较好的应用前景。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，以下实施例仅为方便本领域技术人员理解本专利技术技术方案，实现或使用本专利技术所做的说明，并不以此限定本专利技术的保护范围。本专利技术中，如未指定，所采用原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。实施例中的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。实施例1一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法，包括以下步骤：(1)收集高铁站吸烟处废弃烟蒂，剥离去除外包装纸，分离出烟蒂纤维丝束部分；(2)将分离出的纤维丝束直接置于热解炭化炉，设置升温速率为15℃/min，升温终温为280℃，通入氮气升温预碳化，氮气的流量为100mL/min，恒温保持1.5h；(3)将上步预碳化的纤维丝束粉碎研磨，研磨至粒度为150目，研磨粉碎过程中加入磷酸一并研磨混合均匀，得混合物；所加入磷酸质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将废弃烟蒂在保护气下进行热解预炭化，热解预炭化的温度为250～300℃；/n(2)在热解预炭化后的废弃烟蒂中加入活化剂，并研磨混匀，得到混合物；/n(3)将混合物在保护气下进行热解炭化，热解炭化的温度为500～800℃,得到活性炭。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃烟蒂制备活性炭的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将废弃烟蒂在保护气下进行热解预炭化，热解预炭化的温度为250～300℃；
(2)在热解预炭化后的废弃烟蒂中加入活化剂，并研磨混匀，得到混合物；
(3)将混合物在保护气下进行热解炭化，热解炭化的温度为500～800℃,得到活性炭。


2.根据权利要求1所述的利用废弃烟蒂制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热解预炭化的条件为：升温速率为5～30℃/min，升温至250～300℃，恒温保持0.5～3h；
优选的，步骤(1)中，所述热解预炭化的条件为：升温速率为10～20℃/min，升温至270～290℃，恒温保持1～2h；
更优选的，步骤(1)中，所述热解预炭化的条件为：升温速率为15℃/min，升温至280℃，恒温保持1.5h。


3.根据权利要求1所述的利用废弃烟蒂制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述保护气选自二氧化碳、氩气、氮气和氦气中的至少一种，保护气的流量为90～120mL/min；
优选的，步骤(1)中，所述保护气为氮气，保护气的流量为100～110mL/min。


4.根据权利要求1～3任一项所述的利用废弃烟蒂制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述活化剂选自氯化锌、磷酸和氯化钙中的至少一种；
优选的，所述活化剂与热解预炭化后的废弃烟蒂的质量比为0.5～2:1。


5.根据权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李力群，纪旭东，郭春生，张峻松，陈晨，郝捷，叶亚军，王旭东，乔月梅，李瑞丽，朱远洋，李庆祥，
申请(专利权)人：内蒙古昆明卷烟有限责任公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15