一种水热法制备水生动物质活性炭的方法技术

本发明专利技术涉及活性炭技术领域，尤其涉及一种水热法制备水生动物质活性炭的方法，步骤为：1)将水生动物质废弃物预处理后进行破碎，得到糊状生物质；2)将糊状生物质与造孔活化剂混合均匀后静置，然后进行水热炭化处理，反应结束后将得到的活性炭取出，清洗、烘干，即得。本发明专利技术以水生动物质废弃物为原料制备活性炭产品，不仅制备出了性能良好的活性炭，而且实现了废弃生物质的资源化利用，相对于植物类生物质，本发明专利技术利用水生动物质特有的组织成分特点，选择性加入造孔活性剂，不仅能够优化反应产物，利于生成孔隙率高、吸附效果好的优质活性炭；而且制备的活性炭产品具有丰富的含氧、含氮官能团，例如羰基、羧基等，有利于提高其污染物吸附效果。

A hydrothermal method for the preparation of activated carbon from aquatic animals

【技术实现步骤摘要】
一种水热法制备水生动物质活性炭的方法
本专利技术涉及活性炭
，尤其涉及一种水热法制备水生动物质活性炭的方法。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。活性炭具有孔隙发达、吸附性能好等优点，被广泛应用于污水处理、空气净化等领域。目前，制备生物质活性炭，多采用热解炭化法，除热解炭化法外，水热法也能够制备高性能生物质活性炭。水热炭化技术是将生物质在低温密闭环境中与水溶液反应直接炭化的方法，这种方法工艺简单，易于操作，条件温和，不仅能大幅降低制炭过程中的能耗，控制毒害副产物的形成，而且制备的活性炭表面含有丰富的含氧、含氮官能团，对活性炭吸附性能产生重要影响，因而水热法制备的活性炭在吸附以及进一步的活化改性过程中更有优势。水热法制备的活性炭，目前其应用多集中在植物生物质领域，如以秸秆、柚子皮(CN201610385938)、山核桃皮(CN201610013599)等为原料。然而，我国水产品产量巨大，但水产品的加工和综合利用却相对较为滞后。水产品加工等过程会产生的大量下脚料，如鱼鳞、鱼骨及内脏、虾蟹壳等，每年仅鱼弃物就高达200万吨以上，这不仅带来环境污染，而且也是对生物质资源的巨大浪费。
技术实现思路
针对上述的问题，本专利技术进一步研究发现：这些水生动物弃料中含有大量蛋白质、脂肪、钙等，具备制备活性炭的基础；同时含有大量的水分，如鱼鳞中水分含量在50～70％，鱼骨中也含有39～55％的水分。因此，采用水热法制备水生动物质活性炭具有可行性。为此，本专利技术提出一种水热法制备水生动物质活性炭的方法，不仅制备出了性能良好的活性炭，而且实现了废弃生物质的资源化利用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术手段为：首先，本专利技术公开一种水热法制备水生动物质活性炭的方法，步骤为：(1)将水生动物质废弃物预处理后进行破碎，得到糊状生物质；(2)将糊状生物质与造孔活化剂混合均匀后静置，然后进行水热炭化处理，反应结束后将得到的活性炭取出，清洗、烘干，即得。进一步地，步骤(1)中，所述水生动物质废弃物包括：鱼骨、鱼鳞、鱼的内脏、虾壳、蟹壳、水产业虾蟹加工处理后的废弃物、水产业中加工废弃的鱼杂等中的任意一种或多种。进一步地，步骤(1)中，所述预处理的方法为：先用自来水冲洗，后采用去离子水冲洗，以去除水生动物质表面的杂质。进一步地，步骤(1)中，所述破碎的方法为：低温冷冻(-8～-12℃)切块后粉碎机粉碎；或者直接采用绞肉机进行搅碎处理；或者放入研磨器中加入少量液氮研磨破碎。优选地，破碎处理后，得到的糊状生物质的粒径控制在0.1～0.3mm之间。进一步地，步骤(2)中，所述造孔活化剂包括碳酸氢铵、尿素、乙酸、柠檬酸等中的任意一种；通过添加造孔活化剂，调整水生动物质生物炭的空间结构，提高水生动物质生物炭的性能。优选地，按照采用的水生动物质种类进行造孔活化剂的选择，对鱼骨、虾壳、蟹壳等含钙质高的生物质材料，采用乙酸、柠檬酸等作为造孔活化剂，能够和钙质反应，提高造孔效率，增强吸附性能；对鱼鳞、鱼的内脏等含蛋白质高的生物质材料，采用碳酸氢铵、尿素等作为造孔活化剂，能够破坏蛋白质分子内部氢键而致蛋白质变性并进一步形成小分子，加速碳化过程，提高造孔效率。进一步地，步骤(2)中，所述造孔活化剂和生物质的质量比为1:1.5～1:3。进一步地，所述碳酸氢铵、尿素、乙酸、柠檬酸以溶液(如水溶液)的形式加入，可选地，溶液的质量浓度为2.5～7.5％。进一步地，步骤(2)中，所述静置的时间为15～25min，以便于造孔活化剂和生物质充分反应，调整生物质的组织结构。进一步地，步骤(2)中，所述水热炭化处理的温度为180～220℃，反应时间为8～12h。进一步地，步骤(2)中，所述清洗的方法为：将获得的活性炭取出后采用去离子水浸泡，清洗至pH6.5～7.5。进一步地，步骤(2)中，所述烘干温度为100～115℃，时间为2～3h。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：(1)本专利技术以水生动物质废弃物为原料制备活性炭产品，不仅制备出了性能良好的活性炭，而且实现了废弃生物质的资源化利用，而且增加了产业经济效益。(2)相对于植物类生物质，本专利技术利用水生动物质特有的组织成分特点，选择性加入造孔活性剂，不仅能够优化反应产物，利于生成孔隙率高、吸附效果好的优质活性炭；而且制备的活性炭产品具有丰富的含氧、含氮官能团，例如羰基、羧基等，有利于提高其污染物吸附效果。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术第一实施例制备的活性炭的扫描电镜图片。图2为本专利技术第一试验例1制备的活性炭的扫描电镜图片。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如前文所述，我国水产品产量巨大，但水产品的加工和综合利用却相对较为滞后。不仅带来环境污染，而且也是对生物质资源的巨大浪费。因此，本专利技术提出了一种水热法制备水生动物质活性炭的方法；现结合具体实施方式对本专利技术进一步说明。第一实施例采用虾壳、蟹壳、水产业虾蟹加工处理后的废弃物作为动物质材料制备活性炭，包括如下步骤：1、自来水冲洗后采用去离子水进一步冲洗虾蟹壳等废弃物，洗净表面杂质后，放入研磨器中边加入少量液氮边进行破碎研磨，其中体积较大的蟹壳先用硬质工具进行初步的敲碎处理成小块后在进行破碎研磨。处理后最大颗粒粒径不大于0.3mm。2、以柠檬酸为造孔活化剂，配置成质量浓度为7.5％的柠檬酸水溶液，将研磨后的动物质材料与造孔活化剂按照1:3的比例混合，搅拌均匀后静置25min，然后放入密闭高压反应釜中，控制温度为180℃，反应时间为12h，进行水热炭化处理。3、反应结束后让反应釜自然冷却至室温，将获得的产物活性炭取出，采用蒸馏水浸泡、清洗pH为6.5，过滤后放入烘箱中进行烘干，控制温度在100℃，时间3小时，即得活性炭。第二实施例采用鱼骨作为动物质材料制备活性炭，包括如下步骤：1、自来水冲洗后采用去离子水进一步冲洗鱼骨，洗净表面杂质后，放置在-10℃低温冷冻箱中2小时后，取出切块，并放入粉碎机粉碎进行粉碎处理，处理后最大颗粒不大于0.2mm，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水热法制备水生动物质活性炭的方法，其特征在于，步骤为：/n(1)将水生动物质废弃物预处理后进行破碎，得到糊状生物质；/n(2)将糊状生物质与造孔活化剂混合均匀后静置，然后进行水热炭化处理，反应结束后将得到的活性炭取出，清洗、烘干，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种水热法制备水生动物质活性炭的方法，其特征在于，步骤为：
(1)将水生动物质废弃物预处理后进行破碎，得到糊状生物质；
(2)将糊状生物质与造孔活化剂混合均匀后静置，然后进行水热炭化处理，反应结束后将得到的活性炭取出，清洗、烘干，即得。


2.如权利要求1所述的水热法制备水生动物质活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水生动物质废弃物包括：鱼骨、鱼鳞、鱼的内脏、虾壳、蟹壳、水产业虾蟹加工处理后的废弃物、水产业中加工废弃的鱼杂等中的任意一种或多种。


3.如权利要求1所述的水热法制备水生动物质活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述破碎的方法为：低温冷冻切块后粉碎机粉碎；所述低温冷冻的温度优选为-8～-12℃；
或者，直接采用绞肉机进行搅碎处理；
或者，放入研磨器中加入少量液氮研磨破碎；
优选地，破碎处理后，得到的糊状生物质的粒径控制在0.1～0.3mm之间。


4.如权利要求1所述的水热法制备水生动物质活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述造孔活化剂包括碳酸氢铵、尿素、乙酸、柠檬酸中的任意一种；
优选地，对含钙质高的生物质材料，如鱼骨、虾壳、蟹壳，采用乙酸、柠檬酸等作为造孔活化剂；
优选地，对含蛋白质高的生物质材料，如鱼鳞、鱼的内脏，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵聪聪，张海东，孔强，王倩，杜远达，徐飞，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37