[发明专利]一种以糠醛渣为原料制备负载型活性炭的方法及其应用

说明书

本发明公开一种以糠醛渣为原料制备负载型活性炭的方法及其应用，以糠醛渣作为碳源，经预碳化、活化、浸渍吸附纳米金属氧化物、再碳化处理；具体包括以下步骤：S1：碳化：氮气气氛下，250‑300℃碳化糠醛渣4‑6h；S2：活化：400‑500℃活化所得黑色炭渣、氢氧化钾、碳酸氢钾混合物1‑3h，酸洗至PH为中性，60℃烘干；S3：负载：将复合纳米金属氧化物分散于微晶纤维素溶胶中,得混合包覆溶胶，再加入所得活性炭，加压浸渍吸附1‑3h，脱水后，氮气气氛下，150‑200℃再次碳化1‑2h。本发明利用溶胶包覆、浸渍吸附双重手段完成纳米金属氧化物在活性炭结构中的负载，负载量高，能耗低，可实现对纳米金属氧化物的全部担载，再碳化过程对复合结构进一步加固，提高稳定性。

技术领域

本发明涉及废弃生物基材料资源化开发利用领域，还涉及功能型活性炭技术领域，具体涉及一种以糠醛渣为原料制备负载型活性炭的方法及其应用。

背景技术

纳米材料的表面布满了阶梯状结构，表面积相对增大，呈现出特异的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，广泛应用于电子学、光学、化工、陶瓷、生物和医药等领域。活性炭表面能高，具有发达的孔道结构，是负载纳米材料的优良介质，同时纳米金属氧化物又赋予活性炭特殊性能，如引入纳米氧化钛或纳米氧化锆的活性炭具有高光催化活性，引入纳米四氧化三铁的活性炭具有磁性，引入纳米氧化锰的活性炭能吸附重金属阳离子。目前，主要采用金属盐溶液直接浸渍法制备纳米金属氧化物负载的活性炭，先将活性炭浸渍于金属盐溶液中，再高温分解所吸附金属盐，一是负载量低，活性炭无法吸附全部金属阳离子，盐溶液中仍存在残留，二是热解温度过高，部分金属盐的分解温度可高达1000℃以上，如硫酸锶的分解温度为1374℃，能耗较高。如申请号为CN201410048253.6的专利，公开一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法，水热法实现金属盐的负载过程和糖类的碳化过程，但后续热处理温度最高达1100℃，能耗较高；如CN201711374031.3的专利，公开一种纳米金属氧化物与多孔活性炭复合材料的制备方法，同样存在能耗高的问题，且负载量低。

糠醛渣是生物质类物质如玉米芯、玉米秆、稻壳、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分水解生产糠醛产生的废弃物，盐分含量高、呈酸性，大量堆积会对大气、土壤、河流产生污染。糠醛渣作为一种生物质类废弃物，含有大量的纤维素、半纤维素、木质素，具有良好的再利用价值。因此，合理地资源化利用糠醛渣，消除其对环境的污染，同时增加糠醛渣的经济附加值，实现糠醛企业生产过程中的污染物零排放目标，达到清洁生产、循环利用的目的，是糠醛渣资源化利用亟需解决的问题。目前，糠醛渣的资源化利用方向主要包括利用糠醛渣制取多孔吸附碳材料、改良碱性土壤、矿区土壤修复、农作物培育、化学加工等领域。

综上所述，以糠醛渣为原料生产一种负载量高、低能耗纳米金属氧化物/多孔活性炭复合材料具有广泛的市场前景和较高的经济价值。

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以糠醛渣为原料制备负载型活性炭的方法及其应用。

本发明的技术方案概述如下：

一种以糠醛渣为原料制备负载型活性炭的方法，以糠醛渣作为碳源，经预碳化、活化、浸渍吸附纳米金属氧化物、再碳化处理，得到所述负载型活性炭；

该负载型活性炭的制备方法具体包括以下步骤：

S1：碳化：氮气气氛下，250-300℃碳化糠醛渣4-6h，得黑色炭渣；

S2：活化：按1：(2-4)：(1-2)的质量比混合研磨黑色炭渣、氢氧化钾、碳酸氢钾，并在氮气气氛下，以6-15℃/min速率升温至400-500℃，活化1-3h，盐酸溶液酸洗至PH为中性，60℃烘干，得活性炭；