CN108190888A - 一种生物质颗粒活性炭及其制备方法 - Google Patents

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吴义成
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Abstract

本发明公开一种生物质颗粒活性炭，包括以下重量份组分：果壳40‑50份、杂木屑25‑30份、甘蔗渣16‑24份、玉米秸秆17‑23份、牛粪18‑26份、粉煤灰38‑42份、膨润土16‑20份、硅藻土24‑28份、琥珀酸钠12‑16份、成孔剂5‑11份。上述生物质颗粒活性炭的制备方法如下：无氧条件下，驯化菌种，得到CO2高产型发酵菌，并以之发酵生物质原料，将发酵产物与粉煤灰、膨润土、硅藻土混合，在成孔剂的作用下，烧结成炭，并采用琥珀酸钠进行浸渍、活化。本发明实现生物质废弃物的循环利用，生产出的活性炭比表面积和孔隙率可高达1186.9m2/g、71.8％，吸附能力和脱色能力优异，可广泛应用于环保、工业生产和农业生产领域。

Description

一种生物质颗粒活性炭及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物质废弃物循环利用技术领域，具体涉及一种生物质颗粒活性炭及其制备方法。
背景技术
生物质原料包括木质废弃物、农业秸秆、人畜粪便、制糖作物废渣、城市垃圾这五大类，主要用于农业肥料、牲畜饲料、生物燃料的生产、加工。近年来，生物质活性炭以其来源丰富、价格低廉、灰分含量低、热稳定性强等优势，广泛应用于环境修复、化学工业、食品工业等领域，现有技术，一般采用炭化、物理活化或化学活化的方法制备生物质活性炭，但成品活性炭的比表面积及孔隙数目仍难以达到较大阙值，吸附强度有待提高。
申请号为CN201610048010.1的专利，公开一种以山核桃壳-玉米秸秆为原料制备混合基生物质活性炭的方法，以氯化锌作为活化剂浸泡山核桃和玉米秸秆的混合生物质，再进行高温活化、酸洗，制出的活性炭中孔发达，但微孔较少，不易于脱色、重金属吸附及小分子物质的脱除，此外，该方法是工业生产或实验室制活性炭的常规方法，活性炭的比表面积较小、孔隙数目较少。申请号为CN201710588856.9的专利，公开一种以生物质为原料制备活性炭的方法及其制备的活性炭，以废旧纸屑和棉花作为生物质材料，与活化剂之间螯合作用生成凝胶，在高温热解活化处理后，凝胶内外形成大量孔洞结构，提高了活性炭比表面积，但是废旧纸屑和棉花在高温作用下，易生成大量灰分，有效成分含量降低，且该活性炭硬度较低。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种生物质颗粒活性炭及其制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种生物质颗粒活性炭，包括以下重量份组分：
果壳40-50份、杂木屑25-30份、甘蔗渣16-24份、玉米秸秆17-23份、牛粪18-26份、粉煤灰38-42份、膨润土16-20份、硅藻土24-28份、琥珀酸钠12-16份、成孔剂5-11份。
优选的是，所述果壳包括椰壳、核桃壳、杏壳的一种或多种。
优选的是，所述杂木屑包括以下重量百分数的组分：竹屑30-45％、杨树木屑20-30％、松树木屑35-40％。
优选的是，所述成孔剂包括碳酸氢铵、碳酸镁、磷酸铵的一种或多种。
本发明还提供上述生物质颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：粉碎果壳、杂木屑、甘蔗渣、玉米秸秆、牛粪至60-100目，加入7-13wt％发酵菌，25-33℃下，覆盖薄膜密封静置4-6d，得到鼓泡发酵产物；
步骤二：向粉煤灰、膨润土、硅藻土及鼓泡发酵产物的混合物中加入成孔剂，匀质后，在60-80KPa氮气条件下，以8-12℃/min升温至300-500℃，保温烧结4-6h，制得多孔炭；
步骤三：将多孔炭置于浓度为0.4-0.8mol/L的琥珀酸钠中浸渍3-6h，在650-750℃、0.1MPa氮气环境中，活化至失重率达25-30％，制得活性炭；
步骤四：用0.1mol/L的盐酸洗涤活性炭，调节PH至6.8-7.0，再反复真空抽滤，经烘干、压缩、造粒，制得所述生物质颗粒活性炭。
优选的是，所述发酵菌由酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌按照质量比为2:1：1.5混合而成。
优选的是，所述酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌是在严格无氧环境中驯化出的CO2的高产菌。
优选的是，所述压缩压力为8-12MPa。
优选的是，所述造粒密度为1.3-1.5g/cm3，粒径为0.8-2.4cm。本发明的有益效果：
(1)本发明利用驯化出的CO2高产型发酵菌对生物质原料进行预处理，发酵菌分泌的胞外酶可破坏椰壳、杂木屑、甘蔗渣和玉米秸秆的细胞壁结构，促进细胞内外侧形成大量不均匀微孔，发酵菌代谢出CO2使牛粪颗粒膨胀多孔，提高活性炭孔隙数量和孔容，增加活性炭比表面积；
(2)本发明中成孔剂均匀附着于原料表层，在高温条件下，自身分解产生CO2或NH3，CO2或NH3能够充盈膨胀原料内层组织结构，进而形成大量孔洞结构；
(3)本发明以琥珀酸钠作为活化剂，代替传统的氯化锌，更加安全环保，琥珀酸钠为弱有机碱，可螯合生物质中重金属成分，并能脱除燃烧过程中的硫化氢气体，降低对环境的危害。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
步骤一：粉碎40份椰壳、25份杂木屑、16份甘蔗渣、17份玉米秸秆、18份牛粪至60目，加入7wt％发酵菌，25℃下，覆盖薄膜密封静置4d，得到鼓泡发酵产物；
所述杂木屑包括以下重量百分数的组分：竹屑45％、杨树木屑20％、松树木屑35％；所述发酵菌由在严格无氧环境中驯化出的CO2高产型酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌混合而成，各菌种质量比为2:1：1.5；
步骤二：混合38份粉煤灰、16份膨润土、24份硅藻土及鼓泡发酵产物，并加入5份碳酸氢铵，匀质后，在60KPa氮气条件下，以8℃/min升温至300℃，保温烧结4h，制得多孔炭；
步骤三：将多孔炭置于浓度为0.4mol/L的琥珀酸钠中浸渍3h，在650℃、0.1MPa氮气环境中，活化至失重率达25％，制得活性炭；
步骤四：用0.1mol/L的盐酸洗涤活性炭，调节PH至6.8，再反复真空抽滤，经烘干、压缩、造粒，且压缩压力为8MPa，造粒密度为1.3g/cm3、粒径为0.8cm，制得所述生物质颗粒活性炭。
实施例2
操作同实施例1，区别在于，步骤一：核桃壳45份、杂木屑28份、甘蔗渣20份、玉米秸秆20份、牛粪22份，杂木屑各组分重量百分数为37.5％、25％、37.5％，粉碎粒度为80目，发酵菌接种量为10wt％，发酵温度、天数分别为29℃、5d；步骤二：粉煤灰40份、膨润土18份、硅藻土26份，碳酸镁(成孔剂)8份，压强为70KPa，升温速率为10℃/min，最高温度为400℃，保温时间为5h；步骤三：琥珀酸钠浓度为0.6mol/L，浸渍时间为4.5h，活化温度为700℃，失重率为27％；步骤四：PH为6.9，压缩压力为10MPa，造粒密度为1.4g/cm3、粒径为1.6cm。
实施例3
操作同实施例1，区别在于，步骤一：杏壳50份、杂木屑30份、甘蔗渣24份、玉米秸秆23份、牛粪26份，杂木屑各组分重量百分数为30％、30％、40％，粉碎粒度为100目，发酵菌接种量为13wt％，发酵温度、天数分别为33℃、6d；步骤二：粉煤灰42份、膨润土20份、硅藻土28份，磷酸铵(成孔剂)11份，压强为80KPa，升温速率为12℃/min，最高温度为500℃，保温时间为6h；步骤三：琥珀酸钠浓度为0.8mol/L，浸渍时间为6h，活化温度为750℃，失重率为30％；步骤四：PH为7.0，压缩压力为12MPa，造粒密度为1.5g/cm3、粒径为2.4cm。
对比例1
将40份椰壳、25份杂木屑、16份甘蔗渣、17份玉米秸秆、18份牛粪、38份粉煤灰、16份膨润土、24份硅藻混合均匀，并置于浓度为0.4mol/L的氯化锌溶液中浸渍3h，在650℃、0.1MPa氮气环境中，活化至失重率达25％后，以0.1mol/L的盐酸进行洗涤，调节PH至6.8，再反复真空抽滤，经烘干、压缩、造粒，压缩压力为8MPa，造粒密度为1.3g/cm3、粒径为0.8cm。
下表为实施例1-3和对比例1效果分析：
由上表可知，本发明生产出活性炭的比表面积和孔隙率明显优于常规方法制备出的活性炭，具有较强的吸附能力和脱色能力。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种生物质颗粒活性炭，其特征在于，包括以下重量份组分：果壳40-50份、杂木屑25-30份、甘蔗渣16-24份、玉米秸秆17-23份、牛粪18-26份、粉煤灰38-42份、膨润土16-20份、硅藻土24-28份、琥珀酸钠12-16份、成孔剂5-11份。
2.根据权利要求1所述一种生物质颗粒活性炭，其特征在于，所述果壳包括椰壳、核桃壳、杏壳的一种或多种。
3.根据权利要求1所述一种生物质颗粒活性炭，其特征在于，所述杂木屑包括以下重量百分数的组分：竹屑30-45％、杨树木屑20-30％、松树木屑35-40％。
4.根据权利要求1所述一种生物质颗粒活性炭，其特征在于，所述成孔剂包括碳酸氢铵、碳酸镁、磷酸铵的一种或多种。
5.如权利要求1-4任意一项所述一种生物质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：粉碎果壳、杂木屑、甘蔗渣、玉米秸秆、牛粪至60-100目，加入7-13wt％发酵菌，25-33℃下，覆盖薄膜密封静置4-6d，得到鼓泡发酵产物；
步骤二：向粉煤灰、膨润土、硅藻土及鼓泡发酵产物的混合物中加入成孔剂，匀质后，在60-80KPa氮气条件下，以8-12℃/min升温至300-500℃，保温烧结4-6h，制得多孔炭；
步骤三：将多孔炭置于浓度为0.4-0.8mol/L的琥珀酸钠中浸渍3-6h，在650-750℃、0.1MPa氮气环境中，活化至失重率达25-30％，制得活性炭；
步骤四：用0.1mol/L的盐酸洗涤活性炭，调节PH至6.8-7.0，再反复真空抽滤，经烘干、压缩、造粒，制得所述生物质颗粒活性炭。
6.根据权利要求5所述一种生物质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述发酵菌由酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌按照质量比为2:1：1.5混合而成。
7.根据权利要求6所述一种生物质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌是在严格无氧环境中驯化出的CO2的高产菌。
8.根据权利要求5所述一种生物质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述压缩压力为8-12MPa。
9.根据权利要求5所述一种生物质颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述造粒密度为1.3-1.5g/cm3，粒径为0.8-2.4cm。
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