一种咖啡渣基活性炭及其制备方法与用途技术

本发明专利技术涉及一种咖啡渣基活性炭及其制备方法与用途，所述制备方法包括：(1)将咖啡渣依次经浸泡、干燥、酸浸和活化，得到活性炭前驱体；(2)将步骤(1)所述活性炭前驱体浸渍于改性剂溶液中，然后依次经固液分离、干燥和微波活化，得到咖啡渣基活性炭。本发明专利技术所述制备方法采用改性剂溶液对活性炭前驱体进行改性，能够丰富活性炭的官能团种类，之后采用微波辐射活化，能够提高咖啡渣基活性炭表面吸附物种的活性，进而提高咖啡渣基活性炭的脱汞性能，原料廉价易得，制备工艺简单，易于操作和放大。易于操作和放大。易于操作和放大。

【技术实现步骤摘要】
一种咖啡渣基活性炭及其制备方法与用途


[0001]本专利技术属于环境保护及治理、节能与资源综合利用领域中的废气治理以及资源综合利用
，尤其涉及一种咖啡渣基活性炭及其制备方法与用途。

技术介绍

[0002]当前，我国活性炭主要分为煤质活性炭和木质活性炭，以煤质活性炭为主，但由于原煤资源是不可再生的且生产过程中大量增加二氧化碳排放量，煤质活性炭的长期竞争优势远低于由锯末、果壳等为原料制造的木质活性炭。我国生产木质活性炭的原料主要是硬质果核壳，如核桃壳和椰子壳等，但这些原料资源有限，制约了其发展，因此迫切需要开发活性炭制备的新原料。
[0003]据相关统计，全世界每年至少消费4000亿杯咖啡，并产生800万吨咖啡渣。由于咖啡豆里的纤维是木质的，因此咖啡渣的回收利用具有巨大的经济价值。英国Bio
‑
Bean公司将上千吨的咖啡渣制作成生物燃料，但其有效利用率极低。若将其回收后用做生物原料制备活性炭，既能拓展咖啡渣资源化利用新途径，又能有效减少环境污染。
[0004]煤炭燃烧是最大的人为汞排放源之一，其中单质汞(Hg0)具有挥发性和不溶性，在燃煤烟气中的排放占比达到80％以上，因此减少燃煤烟气中Hg0的排放至关重要。活性炭脱汞已经有很多研究成果，因活性炭吸附烟气中的汞具有吸附速度快、吸附效率高等特点，且活性炭吸附技术成熟，故大多数机构均选择活性炭进行烟气汞脱除。
[0005]但由于纯活性炭脱汞效率低的缺点，因此，迫切需要开发一种改性活性炭，以提高其效率。

技术实现思路
/>[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种咖啡渣基活性炭及其制备方法与用途，所述咖啡渣基活性炭的原料廉价易得，制备方法简单，通过改性剂改性、微波活化后的活性炭具有更高的比表面积、更丰富的官能团及优异的机械性能，其能够实现燃煤烟气汞的一次性高效脱除，减少汞的二次释放风险。
[0007]为达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种咖啡渣基活性炭的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)将咖啡渣依次经浸泡、干燥、酸浸和活化，得到活性炭前驱体；
[0010](2)将步骤(1)所述活性炭前驱体浸渍于改性剂溶液中，然后依次经固液分离、干燥和微波活化，得到咖啡渣基活性炭。
[0011]本专利技术所述制备方法将咖啡渣经浸泡、干燥、酸浸和高温活化制得活性炭前驱体，然后经改性剂改性、微波辐射活化后，制得烟气脱汞用的咖啡渣基活性炭，原料廉价易得，制备工艺简单，易于操作和放大。
[0012]值得说明的是，本专利技术采用改性剂溶液对活性炭前驱体进行改性，能够丰富活性
炭的官能团种类，之后采用微波辐射活化，能够提高咖啡渣基活性炭表面吸附物种的活性，进而提高活性炭的脱汞性能。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述浸泡的次数≥3次，例如可以是4次、5次、6次、7次或8次等，优选为3
‑
8次。
[0014]优选地，步骤(1)所述浸泡在水中进行。
[0015]优选地，步骤(1)所述干燥的温度为105
‑
120℃，例如可以是107℃、110℃、112℃、114℃、116℃或118℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述酸浸的酸浸液包括磷酸溶液。
[0017]优选地，所述磷酸溶液的浓度为6％
‑
20％，例如可以是8％、10％、12％、14％、16％或18％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述咖啡渣与磷酸溶液的质量体积比为1:(4
‑
10)g/mL，例如可以是1:5g/mL、1:6g/mL、1:7g/mL、1:8g/mL或1:9g/mL等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]值得说明的是，本专利技术采用特定浓度及特定比例的磷酸溶对咖啡渣基质进行活化，促使咖啡渣中所含油脂进行分解，为后续高温活化创造条件。
[0020]优选地，步骤(1)所述酸浸在超声下进行。
[0021]优选地，步骤(1)所述酸浸的时间为2
‑
4h，例如可以是2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h或3.8h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]本专利技术中，步骤(1)所述酸浸和活化之间还包括依次进行固液分离和干燥。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述活化的升温速率为8
‑
12℃/min，例如可以是8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min、10.5℃/min、11℃/min或11.5℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，步骤(1)所述活化的温度为300
‑
500℃，例如可以是320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、440℃、460℃或480℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]本专利技术中，步骤(1)所述活化在马弗炉中进行，活化后自然冷却至室温，之后采用水清洗至中性、干燥。
[0026]优选地，步骤(1)所述活化的保温时间为1
‑
3h，例如可以是1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.4h、2.6h或2.8h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0027]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述改性剂溶液的质量分数为0.1
‑
10wt％，例如可以是0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％或9wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0028]优选地，活性炭前驱体与步骤(2)所述改性剂溶液中改性剂的质量比为1:(0.02
‑
0.1)，例如可以是1:0.03、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08或1:0.09等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0029]值得说明的是，采用改性剂对活性炭前驱体改性后，使得活性炭前驱体的官能团种类更丰富，改性元素对Hg0较强的结合力，从而增加活性炭对Hg0的吸附性能，使得脱汞效果优异，改性剂发挥十分重要的作用，因此需对其加入量进行控制。若改性剂的加入量过多
时，因堵塞活性炭孔径导致材料比表面积和孔容积大幅下降；若改性剂的加入量过少时，因活化位点不足导致材料吸附性能提升不明显。
[0030]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述改性剂溶液中改性剂包括卤化物、含硫材料或含硒材料中的任意一种或至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种咖啡渣基活性炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将咖啡渣依次经浸泡、干燥、酸浸和活化，得到活性炭前驱体；(2)将步骤(1)所述活性炭前驱体浸渍于改性剂溶液中，然后依次经固液分离、干燥和微波活化，得到咖啡渣基活性炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述浸泡的次数≥3次，优选为3
‑
8次；优选地，步骤(1)所述浸泡在水中进行；优选地，步骤(1)所述干燥的温度为105
‑
120℃。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述酸浸的酸浸液包括磷酸溶液；优选地，所述磷酸溶液的浓度为6％
‑
20％；优选地，所述咖啡渣与磷酸溶液的质量体积比为1:(4
‑
10)g/mL；优选地，步骤(1)所述酸浸在超声下进行；优选地，步骤(1)所述酸浸的时间为2
‑
4h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述活化的升温速率为8
‑
12℃/min；优选地，步骤(1)所述活化的温度为300
‑
500℃；优选地，步骤(1)所述活化的保温时间为1
‑
3h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述改性剂溶液的质量分数为0.1
‑
10wt％；优选地，活性炭前驱体与步骤(2)所述改性剂溶液中改性剂的质量比为1:(0.02
‑
0.1)。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述改性剂溶液中改性剂包括卤化物、含硫材料或含硒材料中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(2)所述改性剂溶液中溶剂包括以下情况：a)当改性剂为卤化物或硫化物时，溶剂包括水、盐酸、硝酸或王水中的任意一种；或b)当改性剂为硒化物时，溶剂包括氢氧化钠水溶液或硼氢化钠水溶液；优选地，步骤(2)所述浸渍的时间为2

【专利技术属性】
技术研发人员：岳涛，郑扬，李国良，蒋佳妍，苏伟，邢奕，高佳佳，王晓聪，刘小琪，黎远蝉，常金豪，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：