百香果壳基活性炭在污水处理及超级电容器中的应用制造技术

本发明专利技术公开了百香果壳基活性炭在污水处理及超级电容器中的应用，采用百香果壳为原料，采用氢氧化钾活化法制备活性炭，制备试剂及仪器简单，可实行工业化生产，制备所得的活性炭吸附性能及电化学性能极佳，当亚甲基蓝溶液起始浓度为200mg

【技术实现步骤摘要】
百香果壳基活性炭在污水处理及超级电容器中的应用


[0001]本专利技术属于生物质废弃物利用
，具体涉及百香果壳基活性炭在污水处理及超级电容器中的应用。

技术介绍

[0002]中国是世界第一农业大国，我国每年农牧业生产过程中产生的畜禽粪便、瓜皮、果壳等废弃物超过40亿吨；生物质废弃物处理利用不足，环境污染十分严重，已经成为影响环境、制约经济社会发展的重要问题；
[0003]百香果营养丰富，由百香果制作的食品伸手人们喜爱，百香果加工企业每年产生大量的百香果壳，得不到有效的利用，只能丢弃，实则造成了资源的浪费。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术以百香果壳为原料，利用化学活化法，以KOH为活化剂制备高性能活化碳，将百香果基活性炭用于处理污水中的亚甲基蓝以及将百香果基活性炭用于制备超级电容器中；
[0005]为了达到上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]百香果基活性炭的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：挑选优质的百香果壳清洗干净，烘干冷却后进行研磨粉碎，过筛；
[0008]S2：研磨粉碎后的百香果壳基粉置于烘箱中干燥，冷却后放入干燥器中备用；
[0009]S3：称取过筛且烘干的百香果壳粉放入管式炉中，在氮气环境下升温，使其碳化；碳化后冷却、研磨粉碎，放入干燥器保存；
[0010]S4：将S3中所得碳粉与KOH活化剂混合研磨至糊状，将糊状混合物放入管式炉中，氮气环境下升温活化；
[0011]S5：待S4中升温活化的活性炭冷却至室温后，用盐酸和超纯水将活化后的活性炭洗涤过滤至中性；
[0012]S6：将S5中洗涤过滤至中性的活性炭烘干，冷却、研磨、过筛后即制得百香果壳基活性炭；
[0013]优选的，所述百香果壳基活性炭经过10％的HNO3氧化处理；
[0014]优选的，所述S1中烘干温度为100～105℃，干燥8h，过80目筛；
[0015]优选的，所述S2中烘干温度为100～105℃，干燥5h；
[0016]优选的，所述S3中升温速率为5℃
·
min
‑1，升温至450～500℃；碳化2h；
[0017]优选的，所述S4中碳粉与KOH活化剂质量比为1:2；在5℃
·
min
‑1升温速率下，至温度为800℃活化2h；
[0018]优选的，所述S5中盐酸浓度为1mol
·
L
‑1；
[0019]优选的，所述S6中烘干温度为105℃。
[0020]将制备所得百香果壳基活性炭应用于污水处理及超级电容器；
[0021]优选的，所述百香果基活性炭用于对污水中亚甲基蓝具有吸附作用；吸附酸碱环境为PH＝11。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术采用百香果壳为原料，采用氢氧化钾活化法制备活性炭，制备试剂及仪器简单，可实行工业化生产，制备所得的活性炭吸附性能及电化学性能极佳，当亚甲基蓝溶液起始浓度为200mg
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L
‑1，吸附30min时，百香果壳基活性炭吸附量为941mg
·
g
‑1，市售木质活性炭吸附量为191mg
·
g
‑1，吸附量为市售活性炭的5倍；在电流密度为1A
·
g
‑1时，10％硝酸氧化制备的活性炭放电比电容为市售活性炭的8倍。
附图说明
[0024]图1是百香果壳基活性炭的制备过程；
[0025]图2是不同材料的傅里叶变换红外光谱图；
[0026]图3是标准曲线图；
[0027]图4是pH对吸附性能的影响；
[0028]图5是亚甲基蓝初始浓度对吸附性能的影响(A)及Langmuir(B)、Freundlich(C)等温吸附拟合曲线；
[0029]图6是活性炭对亚甲基蓝的吸附量与时间的关系(A)及百香果壳基活性炭吸附亚甲基蓝的准一级(B)及准二级(C)动力学模型；
[0030]图7是百香果壳基电极在3mol
·
L
‑1KOH电解液中不同扫描速率下循环伏安曲线(a是5mv
·
s
‑1扫描速率下循环伏安曲线，b是50mv
·
s
‑1扫描速率下循环伏安曲线)；
[0031]图8是不同电极在不同电流密度下的比电容；
[0032]图9是不同材料电极循环100次的循环寿命图；
[0033]图10是不同材料电极循环100次的循环寿命图。
具体实施方式
[0034]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]实施例1
[0036]百香果基活性炭吸附机理研究
[0037]1)百香果壳基活性炭氧化处理
[0038]将制备得到的百香果壳基活性炭粉分成5等份，取其中四份，将其分别浸泡在质量浓度为5％、10％、15％及20％的HNO3溶液中静置24h，待其充分氧化后，用大量超纯水进行洗涤至中性，经烘干过200目筛后得到所需样品。对样品分别进行命名，未氧化的百香果壳活性炭记为PFAC，不同质量浓度硝酸氧化的活性炭分别记作5PFACN、10PFACN、15PFACN、20PFACN。
[0039]2)百香果壳基活性炭的红外表征
[0040]利用傅里叶变换红外光谱仪(FT
‑
IR)测定百香果壳基活性炭的表面官能团。采用
KBr压片法，取适量未氧化及不同硝酸浓度氧化的百香果基活性炭与KBr充分混合后研磨、压力为10MPa压片，以KBr做背景，在4000
‑
400cm
‑1波长范围内扫描。
[0041]3)标准曲线的绘制
[0042]准确称取0.2066g亚甲基蓝(含水率为1.70％)定容于50mL容量瓶，配制200mg
·
L
‑1亚甲基蓝标准储备液。分别移取0.25、0.75、1.25、1.75、2.25mL亚甲基蓝标准储备液定容于50mL比色管，配制浓度分别为1、3、5、7、9、11mg
·
L
‑1的亚甲基蓝溶液。在800
‑
500nm波长范围内扫描亚甲基蓝溶液的吸光度，确定最大吸收波长。在664nm波长下测定不同浓度溶液的吸光度，绘制标准曲线。
[0043]4)吸附实验方法
[0044]配制一定浓度的亚甲基蓝溶液，用HCl或NaOH溶液调节pH。称取0.0200g百香果壳基活性炭于250mL锥形瓶中，准确移取100.00mL一定浓度的亚甲基蓝溶液于锥形瓶，封口膜封口，在一定温度下振荡一定时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.百香果基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：挑选优质的百香果壳清洗干净，烘干冷却后进行研磨粉碎，过筛；S2：研磨粉碎后的百香果壳基粉置于烘箱中干燥，冷却后放入干燥器中备用；S3：称取过筛且烘干的百香果壳粉放入管式炉中，在氮气环境下升温，使其碳化；碳化后冷却、研磨粉碎，放入干燥器保存；S4：将S3中所得碳粉与KOH活化剂混合研磨至糊状，将糊状混合物放入管式炉中，氮气环境下升温活化；S5：待S4中升温活化的活性炭冷却至室温后，用盐酸和超纯水将活化后的活性炭洗涤过滤至中性；S6：将S5中洗涤过滤至中性的活性炭烘干，冷却、研磨、过筛后即制得百香果壳基活性炭。2.根据权利要求1所述百香果基活性炭的制备方法，其特征在于，所述百香果壳基活性炭经过10％的HNO3氧化处理。3.根据权利要求1所述百香果基活性炭的制备方法，其特征在于，所述S1中烘干温度为100～105℃，干燥8h，过80目筛。4.根据权利要求1所述百香果基活性炭的制备方法，其特征在于，所述S2中烘干温度为100～...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾艳萍，黄齐林，林洪，潘静，揭楚玉，杨菊芳，王国莉，李旭，张春浩，刘佳慧，金瑞雪，申艳，彭光平，熊启莎，邓源园，
申请(专利权)人：玉溪师范学院，
类型：发明
国别省市：