CN106115692A - 一种利用半干青贮秸秆制备微孔活性炭的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用半干青贮秸秆制备微孔活性炭的方法，包括以下步骤：（1）取新鲜的植物秸秆粉碎至20~30mm，晾晒至含水量为40~55%后，半干青贮；(2)将半干青贮后的秸秆烘干至恒重，粉碎，放入磷酸中浸渍；（3）将浸渍好的秸秆放入马弗炉炭化活化，冷却；（4）去离子水洗涤至pH为中性，抽滤，烘干，即可制得微孔活性炭。本发明采用的半干青贮技术要求低，易操作，生产工艺简单，生产成本低，制成的微孔活性炭微孔多，可达78.2%，吸附性能好，且存在酸性官能团，有利于抗生素等污染物的吸附去除。

Description

一种利用半干青贮秸秆制备微孔活性炭的方法

技术领域

本发明涉及一种活性炭的制备方法，具体涉及一种利用半干青贮秸秆制备微孔活性炭的方法。

背景技术

活性炭是一种具有发达孔隙结构和比表面积的多孔炭材料，主要由碳元素组成，同时也含有氢、氧、硫、氮等元素，以及一些无机矿物质。活性炭的吸附作用由发达的孔隙结构、比表面积、表面官能团决定，因此提高孔隙度，可以显著提高活性炭对污染物的吸附效果。活性炭中含有的各种表面官能团，对活性炭吸附性能产生重要影响的主要是含氧官能团和含氮官能团，例如羰基、羧基、酚类等。但是现有技术制备的活性炭多以中孔微孔混合为主，很少有专门的微孔活性炭。

农业秸秆作为生物质能源，除少部分作为饲料外，大部分采用田边露天焚烧的办法处理，未得到有效利用，既浪费了能源，也污染了大气。与农业秸秆类似的，芦苇、香蒲等湿地植物，收割的成熟植株利用率也极低。因此开发农业秸秆及湿地植物生物质资源的有效利用方式成为人们关注的热点。半干青贮是一种保存饲料的发酵方法，能够有效保证青绿植物的营养成分，青贮饲料中存在的微生物种类很多，主要有乳酸菌和酵母菌等，它们在半干青贮过程中呈现不同的活动状态和作用。利用自然存在的乳酸菌在厌氧条件下对秸秆和湿地植物进行发酵，使植物中的部分糖分转变成乳酸，纤维软化，酸度降低，以达到贮存的目的。将植物秸秆和半干青贮过程结合制备活性炭，青贮过程在微生物的作用下产生的官能团能提升活性炭的性能，仍是一种尚未开发的活性炭制备工艺。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种利用半干青贮秸秆制备微孔活性炭的方法，生产工艺简单，生产成本低，且该方法制备的微孔活性炭，存在酸性官能团，微孔多，吸附性能较好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用半干青贮秸秆制备微孔活性炭的方法，包括以下步骤：

（1）取新鲜的植物秸秆粉碎至20~30mm，晾晒至含水量为40~55%后进行半干青贮；半干青贮的条件为：秸秆放入青贮容器中压实，密封，控制温度20℃，避光青贮20-25天后，秸秆呈黄绿色、柔软稍湿润、有一股浓酒酸味。

（2）将半干青贮后的秸秆烘干至恒重后粉碎，秸秆放入质量分数为85%的磷酸中浸渍；

（3）将浸渍好的秸秆放入马弗炉炭化活化，冷却；

（4）去离子水洗涤至pH为中性，抽滤，烘干，即可制得微孔活性炭。

优选地，步骤（2）中烘干的温度为80~100℃，粉碎的目数为60~100目，步骤（2）中秸秆与磷酸的质量比为1:1~2，浸渍时间为10~12h。

优选地，步骤（3）中，活化炭化的温度为450~600℃，时间60分钟；步骤（4）中，烘干的条件为80~100℃烘干至恒重。

上述所述的制备方法中，新鲜的植物秸秆为农业秸秆或挺水植物秸秆。

植物半干青贮的过程中，主要是在乳酸菌的厌氧条件下进行无氧呼吸，产生较多酸性官能团。本发明将半干青贮应用于微孔活性炭的制备，制成的微孔活性炭不仅微孔多，而且表面含有较多的酸性官能团，有利于将抗生素等污染物吸附去除。

本发明的有益成果是：

（1）本发明使用的原料是农作物玉米秸秆或湿地挺水植物秸秆，具有分布广泛，成本低的优点，能产生较好的经济价值和环境效益。

（2）本发明采用的半干青贮技术要求低，易操作，生产工艺简单，生产成本低，制成的微孔活性炭微孔多，可达78.2%，吸附性能好，且存在酸性官能团，有利于抗生素等污染物的吸附去除。

具体实施方式

实施例1

原料的前处理：玉米成熟后待收获果实后，将玉米秸秆进行收割（避免雨天进行），将秸秆粉碎至20mm小段，在阳光充足的通风处进行晾晒，使其水分降至50%后进行半干青贮。半干青贮的方法为：秸秆放入青贮坛中压实，用塑料薄膜封口，然后泥封贮藏，控制温度20℃保证微生物发酵，避光并保证密封，青贮20天。开封后秸秆呈现黄绿色、柔软稍湿润、有一股浓酒酸味即可证明半干青贮成功。

活性炭的制备：将半干青贮后的玉米秸秆置于80℃烘箱内烘干至恒重，用粉碎机粉碎至60目。将原料放入质量分数为85%磷酸溶液中浸渍10h，原料与磷酸的质量比为1:1.5。将浸渍好的原料置于马弗炉中，450℃下炭化活化60min，自然冷却至室温。用去离子水冲洗至pH为中性，进行抽滤使固液分离，固体在80℃烘箱内烘干至恒重，即得半干青贮玉米秸秆微孔活性炭。

实验结果：测得比表面积为741.630m²/g，微孔表面积为579.799m²/g，微孔体积占78.2%。

对比试验：以进行和未进行半干青贮秸秆制成的活性炭做吸附抗生素环丙沙星的对比试验，活性炭投加量0.4g/L，环丙沙星初始浓度200mg/L，测得对环丙沙星的最大吸附量为407.75mg/L(半干青贮秸秆制成的微孔活性炭)和323.10mg/L（未进行半干青贮的秸秆制成的活性炭），这说明半干青贮所制得的活性炭对环丙沙星的吸附效果有显著提高，为26.2%。

实施例2

以芦苇秸秆为原料，原料的前处理方法与实施例1一致。将半干青贮后的芦苇秸秆置于90℃烘箱内烘干至恒重，用粉碎机粉碎至80目，将原料放入质量分数为85%磷酸溶液中浸渍12h，原料与磷酸的质量比为1:2。将浸渍好的原料置于马弗炉中，600℃下炭化活化60min，自然冷却至室温。用去离子水冲洗至pH为7.0，进行抽滤，固液分离后，固体置于90℃烘箱内烘干至恒重，即得半干青贮芦苇微孔活性炭。

实验结果：利用半干青贮秸秆所制得的活性炭羧基和酚羟基明显增多。由Boehm滴定可得，半干青贮所制备的微孔活性炭总酸集团为2.342mmol/g，与未半干青贮秸秆制成活性炭的1.814mmol/g相比，酸性官能团显著提高。且半干青贮秸秆制成的微孔活性炭等电点为5.76，未半干青贮秸秆制成活性炭的电等点6.13，等电点明显降低。

实施例3

原料前处理：将香蒲秸秆进行收割（避免雨天进行），将秸秆粉碎至30mm小段，在阳光充足的通风处进行晾晒，使其水分降至40%，进行半干青贮。半干青贮的方法为：秸秆放入青贮坛中压实，用塑料薄膜封口，然后泥封贮藏，控制温度20℃保证微生物发酵，避光并保证密封，青贮25天。开封后秸秆呈现黄绿色、柔软稍湿润、有一股浓酒酸味即可证明半干青贮成功。

活性炭的制备：将半干青贮后的香蒲秸秆置于100℃烘箱内烘干至恒重，然后用粉碎机粉碎至100目。将原料放入质量分数为85%磷酸溶液中浸渍12h，原料与磷酸的质量比为1:1。将浸渍好的原料置于马弗炉中，500℃下炭化活化60min，自然冷却至室温。用去离子水冲洗至pH至中性，进行抽滤使固液分离，固体置于100℃烘箱内烘干至恒重，即得半干青贮香蒲微孔活性炭。

Claims (7)

1.一种利用半干青贮秸秆制备微孔活性炭的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）取新鲜的植物秸秆粉碎至20~30mm，晾晒至含水量为40~55%后进行半干青贮；

（2）将半干青贮后的秸秆烘干至恒重后粉碎，秸秆放入磷酸中浸渍；

（3）将浸渍好的秸秆放入马弗炉炭化活化，冷却；

（4）去离子水洗涤至pH为中性，抽滤，烘干，即可制得微孔活性炭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中半干青贮的条件为：秸秆放入青贮容器中压实，密封，控制温度20℃，避光青贮20-25天后，秸秆呈黄绿色、柔软稍湿润、有浓酒酸味。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中烘干的温度为80~100℃，粉碎的目数为60~100目。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中磷酸的质量分数为85%。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（2）中秸秆与磷酸的质量比为1:1~2，浸渍时间为10~12h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤（3）中，活化炭化的温度为450~600℃，时间60分钟；

步骤（4）中，烘干的条件为80~100℃烘干至恒重。

7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，步骤（1）中新鲜的植物秸秆为农业秸秆或挺水植物秸秆。