[发明专利]一种孔径可控的竹质活性炭及其制备方法

说明书

本发明属于竹质活性炭制备技术领域，提供了一种孔径可控的竹质活性炭及其制备方法。该方法通过将竹质材料微细化处理后，与壳聚糖凝胶混炼，使壳聚糖凝胶均匀分散于竹质材料中，进一步与柠檬酸捏合使柠檬酸塑化竹质内部，然后通过胶体磨剪切挤压机使竹材在低温下连续剪切活化，再在高温下用水蒸汽活化，水洗后烘干，得到孔径可控的竹质活性炭。该方法在活性炭形成过程中可控制孔径大小，得到高品质活性炭，且所得活性炭强度高，并具有很强的吸附能力。

技术领域

本发明涉及竹质活性炭制备技术领域，尤其是涉及一种孔径可控的竹质活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭是一种吸附能力很强的功能性炭材料，其具有特殊的微晶结构、孔隙发达、比表面积巨大，因此被作为优良的吸附剂，具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附液相和气相中的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的，已广泛应用于食品、饮料、医药、水处理、气体净化与回收、化工、冶炼、农业等领域。近年来，随着经济的不断发展和人们生活水平的逐步提高，人们对空气、食品、药品、饮用水的安全性、纯净度等生存环境提出更高要求，活性炭的市场需求不断扩大。对活性炭需求量急增，而且对活性炭的吸附性、可控性、安全性要求越来越高。因此竹质活性炭以微孔构造明显，易于形成固体物炭比表面积、吸附性能和孔径分布等方面都有其自身的特点，使其成为发展的重点。

目前，竹质活性炭的获得主要有物理活化法和化学活化法。Wang等采用一次绝氧干馏工艺、干燥磨粉、捏合、挤压成型、养护定型、二次绝氧干馏工艺及活化的工艺过程制备柱状竹质活性炭，一次绝氧干馏工艺为柱状竹炭塑形提供基础保证，二次绝氧干馏工艺通过控制投料量和炉窑转速保证了柱状成型产品的强度。活化时掺配0.5～5%的颗粒煤，改善了活化炉内气体氛围，使柱状竹质活性炭的基本结构产出了不饱和价，提高了柱状竹质活性炭的强度和吸附性能；Gao等将35目以下、含水率12~20%的竹屑与磷酸溶液A混合并进行捏合10~30min，然后与400~650℃的烟气进行逆流直接接触3.5~4.5h，以使其炭化并活化，经洗涤、干燥和粉碎后，得到竹质活性炭。Cheng等将木质或竹质原料粉碎，筛选出粒径为1~2mm的原料，并烘干至恒重，在氮气保护下以10~20℃/min的速率升温至300~400℃，并保温30~60min，自然冷却至室温，与活化剂充分混合后，在氮气保护下以5~10℃/min的速率升温至600~800℃，并保温60~120min，自然冷却至室温，并停止通氮气。将产物倒入稀盐酸中加热煮沸，再用蒸馏水洗涤至中性，干燥即得到活性炭。Jin等以活性炭、柠檬酸、白醋、氯化钙、硅胶、改性凹凸棒土及水为原料，将凹凸棒土、玉石粉、高岭土送入煅烧炉中，在870~890℃下煅烧2~3h，取出，洒上交联剂，再放入适量水中研磨，调节研磨液PH值为4~5，研磨1~2小时，得到100~150目浆料，再调节研磨液PH值为中性，加入其它剩余成分，继续研磨，得到200~300目浆料，喷雾干燥，即得活性炭。Wang等将酚类与醛类按比例加入水中，并加入催化剂，在搅拌的条件下加热升温到85~90℃，然后添加分散剂，继续搅拌20~60min后，加入固化剂和造孔剂，继续搅拌2~5h，冷却到室温，过滤得到树脂球。将树脂球在氮气保护下由室温升温至700~1000℃炭化，然后再通入二氧化碳或水蒸气进行活化，自然降温至室温，得到酚醛树脂基球状活性炭。

在物理活化法制备竹质活性炭时，通常需要500℃以上高温热解碳化竹材，使C-C键、C-O键及C=0键断裂，非碳元素如氢、氧挥发，进而形成裂缝，进一步以水蒸气或二氧化碳作为氧化剂在800~1000℃的高温使部分碳化物燃烧形成多孔的竹质活性炭。然而该方法由于通过高温破坏C-C、C-O 、C=0键，因此反应温度高、耗时长、能耗高，且得到的活性炭比表面积低，孔径不可控；化学活化法制备竹质活性炭时，使用化学活化剂使竹材中的C-C键、C-O键及C=0键断裂，在较低温度下即可完成活化，不但时间短，而且能耗低，获得的活性炭比表面积大。然而，由于采用了化学活性剂，残留较多，需要对活性炭后期处理，甚至会造成污染，使其应用受到限制。

发明内容