于约Imm2(大多数信号来自700X300ym 的区域）。
[0130] X射线衍射（XRD)用于鉴别嵌入样本中的纳米级晶体。使用具有超能探测器 (X'Celerator)检测器（CuKal 射线，k=1.5418 A )的 X'PERT-PRO PANalyical 粉末衍射 仪，在2 0 = 20. 0°至70. 0°之间，在反射模式下，收集磁性活化HTC生物质的XRD图案。
[0131] 在200kV下操作的JEOL TEM(JEM-2100)上进行TEM。记录涵盖126°范围的倾斜 系列的TEM图像，其中倾斜突变为2° (总计63幅图像）。使用ImageJ来预处理倾斜系列 图像并且采用TomoJ进行层析重建。样品被分散在绝对乙醇中并且通过超声处理10分钟。 将一滴悬浮液转移到铜载网中。为了促进层析重建中的图像对准，随后将含有良好分散的 尺寸为IOnm的Au纳米粒子的一滴悬浮液施加到铜载网上。根据Au标志物对准图像。在 TomoJ中以0. 1的弛豫系数进行ART算法的15次迭代。
[0132] 用 JEOL JSM-7000F 和 JEOL JSM-7401F 扫描电子显微镜，分别以 2. OkV 和 1.0 kV 的加速电压，记录SEM显微照片。样本在牛津（Oxford)铝短柱上稀薄地扩散并且通过干燥 的胶态碳涂布。
[0133] 使用量子设计（QuantumDesign)PPMS仪器测量材料的磁滞回线。将几毫克粉末 松散地填充在聚丙烯杯中并且在300K下在从-20k0e变化到+20k0e的磁场中测量。在图 6中不出了结果。
[0134] 结果和讨论
[0135] 活化HTC生物质的特征化
[0136] 活性碳的性质取决于HTC生物质的化学性质和所应用的加工条件两者。活化HTC 草割肩和HTC马粪肥具有类似于商业来源的活性碳的比表面积，参见表1。来自HTC啤酒 废弃物的活性碳和HTC生物污泥与其他物质相比具有较低的比表面积。活化HTC生物污泥 更显著减少的表面积可以归因于它的较大量的惰性灰分。与HTC马粪肥和HTC生物污泥相 比，HTC啤酒废弃物和HTC草割肩活化成活性碳的产率更高。较高产率与较高程度的碳化 相关。表1呈现在固定的处理条件下活化活性碳的数据。
[0137] 朗缪尔模型描述微孔碳孔所记录的吸附数据，并且BET模型描述间隙孔碳孔所记 录的吸附数据。在后者中可以进行多层吸附。图2呈现N2吸附等温线，a)马粪肥、b)草割 肩、c)啤酒废弃物以及d)生物污泥、e)商业活性碳、以及f)商业活性碳和从四种水热碳化 (HTC)生物质制备的活性碳的孔径分布；马粪肥（);草割肩（▲);啤酒废弃物（鲁）； 生物污泥（▼);商业活性碳（?)。
[0138] 对于活化HTC草割肩和HTC啤酒废弃物摄入队的等温线揭示与少量较大孔隙组合 的微孔材料的特征。在低相对压力下，可见根据IUPAC分类的I型行为，而较小滞回线指示 间隙孔隙。对于活化HTC马粪肥、HTC生物污泥以及商业活性碳来说，N2等温线示出较大的 吸附和解吸附的滞回线，其对于毛细管凝聚和间隙孔隙来说是典型的。图2f呈现使用DFT 根据吸附分支估计的孔径的相关分布。裂缝模型用于针对孔隙的DFT模型中（参见图4a中 的TEM图像）。来自HTC马粪肥的活性碳中的间隙孔示出平均裂缝尺寸约14nm的宽分布。 微孔隙示出了裂缝在〇. 7nm和I. 3nm处达到峰值的明显的双峰式分布。
[0139] 表1.在800°C下用0)2以17dm3A的流速和a的活化时间活化的水热碳化（HTC) 生物质的活性碳的产率、灰分含量以及纹理性质。通过氮吸附测定纹理性质。
[0140]
【主权项】
1. 一种用于制备磁性活性碳的方法，该方法包括以下步骤： a) 在自生压力下，在180°C与250°C之间的温度下，在酸性条件下，在铁离子的存在下， 水热处理一种包含生物质的水性溶液，以获得一种前体产物，并且 b) 通过在550°C与850°C之间的高温下混合一种活化剂，持续最高达9h的时间来活化 在步骤a)中获得的前驱体产物。
2. 根据权利要求1所述的方法，该方法包括在活化之前萃取水热碳化的生物质的另一 个步骤，其中有机溶剂选自烷醇、烷基酯或酮。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中在700°C与800°C之间的高温下混合该活化 剂，持续在此与8h之间的时间。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中该活化剂为一种选自下组的气体或 蒸气，该组包含：CO2、稀释的02和/或惰性气体。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中该气体或蒸气的流速为在5dm3/h与75dm3/h之间。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中在大气压下每5克前体材料的流速为在5dm3/h与 75dm3/h之间。
7. 根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其中所使用的该铁为一种包含Fe2+和/ 或Fe3+的铁盐或合金。
8. 根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中该生物质选自下组，该组包含草割 肩、来自发酵和堆肥过程的生物废弃物、改性的碳水化合物、城市和工业生物污泥、氨基多 糖、来自有蹄动物的排泄物、藻类、海草、水萌芦以及甘蔗渣、或其混合物。
9. 一种根据权利要求1到8中任一项所述的方法制备的磁性活性碳。
10. -种从生物质获得的磁性活性碳，其特征在于包含在250m2/g与1000 mVg之间的 表面积，在0. 250cm3/g与I.OcmVg之间的总孔隙体积，在0. 050cm3/g与0. 30cm3/g之间的 微孔体积以及在该磁性活性碳重量的2wt. %与IOwt. %之间的铁含量，并且进一步包含具 有的直径为大于碳化生物质的孔隙尺寸的结晶氧化铁纳米粒子。
11. 根据权利要求9或10所述的磁性活性碳，其中这些氧化铁磁性纳米粒子的直径为 在IOnm与50nm之间。
12. 根据权利要求9到11中任一项所述的磁性活性碳，其中这些氧化铁纳米粒子的直 径为在20nm与40nm之间。
13. 根据权利要求9到12中任一项所述的磁性活性碳，其中该表面积为在600m2/g与 1000m2g之间并且该总孔隙体积为在0. 50cm3/g与I. 0cm3/g之间。
14. 根据权利要求9到13中任一项所述的磁性活性碳，其中该生物质选自下组，该组包 含：草割肩、来自发酵和堆肥过程的生物废弃物、改性的碳水化合物、城市和工业生物污泥、 氨基多糖、来自有蹄动物的排泄物、藻类、海草、水萌芦以及甘蔗渣、或其混合物。
15. 根据权利要求9到14中任一项所述的磁性活性碳的用途，用于分离并且储存气 体；纯化液体；从污水残水和饮用水中移除药物残余物；异基因催化剂载体；水族馆和工业 鱼场；工业用水；脱咖啡因工艺；化学溢出物清除；油、液体、油漆、管道以及建筑材料中被 电磁加热的复合物；脱色；除臭；纯化氮气和甲烷；燃料电池、超级电容器以及电池组中的 清洗电极。另一个实施例涉及以下用途：分离气体；纯化气体；纯化液体如水；医疗应用；水 族馆泵；工业用水处理；脱咖啡因工艺；污水处理；化学溢出物清除；脱色；除臭；催化剂载 体；氮气纯化；氧气纯化；沼气提纯；天然气提纯；燃料电池和/或电池组以及超级电容器 中的电极材料。
16. -种用于从液体和/或气体中分离粒子的方法，该方法包括以下步骤； 步骤1)在被适配成用于保持液体和/或气体的容器中提供根据权利要求9到14中任 一项所述的磁性活性碳， 步骤2)使该液体和/或气体与所述磁性活性碳在所述容器中接触以纯化液体和/或 气体而不含粒子， 步骤3)向所述容器施加一个电磁场以便从该液体和/或气体中分离所述磁性活性碳， 步骤4)从该容器中移出该液体和/或气体， 步骤5)停止该电磁场，并且任选地， 步骤6)用一种新的需纯化的液体和/或气体填充该容器并且重复步骤3)到5)，并且 进一步任选地 步骤7)提纯或破坏该磁性活性碳。
17. -种用于再生磁性活性碳的方法，该方法包括施加一个振荡电磁场用于加热嵌入 该磁性活性碳中的这些铁粒子。
18. -种用于加热包含磁性活性碳的液体或固体的方法，其中该方法包括施加一个振 荡电磁场用于加热嵌入该磁性活性碳中的这些铁粒子。
19. 根据权利要求17或18所述的方法，其中施加一个处于在30KHz与3MHz之间的频 率的振荡电磁场。
【专利摘要】本发明涉及用于制备磁性活性碳的方法，该方法包括以下步骤：a)在自生压力下，在180℃与250℃之间的温度下，在酸性条件下，在铁离子的存在下，水热处理一种包含生物质的水性溶液，以获得一种前体产物；b)通过在550℃与850℃之间的高温下混合一种活化剂持续最高达9h的时间来活化在步骤a)中获得的前驱体产物。本发明还涉及根据所述方法制备的磁性活性碳以及该磁性活性碳用于分离并且储存气体以及纯化液体的用途。此外，本发明涉及一种用于从液体和/或气体中分离粒子的方法，以及通过使用振荡电磁场加热来再生磁性活性碳的方法。
【IPC分类】B01J20-20, C01B31-08, B01J20-28
【公开号】CN104703689
【申请号】CN201380050153
【发明人】尼克拉斯·赫丁, 马尔特·利尔列斯塔勒, 浩·文明, 伊娃·比约克曼
【申请人】拜欧科利尔列斯塔勒两合公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年8月16日
【公告号】EP2885076A1, US20150217222, WO2014027953A1