磷酸改性咖啡渣活性炭及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种活性炭的制备方法，特别是用废弃咖啡渣为原料，特别是用磷酸改性的方法，用于去除水中的cr6+。


背景技术：

2.全世界的咖啡渣产量约为960万t/a，目前咖啡渣的处置方法主要是填埋和焚烧。与其他生物质比较，咖啡渣颗粒活性炭的比表面积和孔容积较大，说明其咖啡渣结构疏松均匀，孔隙较深，具有很大的吸附潜能。咖啡豆烘焙过程中由于内部分子(咖啡因、丹宁酸、多酚等) 的溶解，形成均匀分布的孔洞，可较好储存活化剂，使制备出的活性炭具有去除水中特定污染物的能力。因此，开发咖啡渣颗粒活性炭资源，既可增加经济效益，又能减少环境污染。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：提供一种高效环保的制备咖啡渣活性炭的方法，以其优越的吸附性能替代目前活性炭价格高且不可再生的缺点。同时减少废咖啡渣焚烧引起到的大气污染，实行“以废治废”的环保理念，节约成本，减少污染，降低能耗。
4.本发明与商业活性炭的区别在于：本发明采用废弃的咖啡渣作为原材料进行改性，相较于商业活性炭的不可再生材料，此发明原材料成本低，易取得。
5.本发明的技术方案是：(1)咖啡渣经蒸馏水清洗；(2)在105℃烘箱中烘干24h；(3)用85％的磷酸h3po4配制50％的磷酸溶液；(4)以浸渍比1:1混合；(5)浸渍24h；(6)置于管式炉中并持续通入氮气流速为0.1l/min；(7)500℃炭化1h；(8)冷却后清洗活性炭至ph为7；(9)置于105℃烘箱烘干24h；制得咖啡渣活性炭。
6.本发明的原理为：酸会加速生物聚合物(主要是纤维素和木质素)之间的键断裂，在刚性交联结构中发生复合反应。一定范围内酸含量越高，产物的体积和表面积越高，吸附能力越强，而超过该范围则酸含量越高比表面积越小，浸渍比对活性炭的性能影响较大。
7.本发明产品及制备工艺与现有技术相比具有如下优点：(1)本发明产品比表面积大，孔隙发达，具有良好的吸附效果，尤其对cr6+的吸附能力远远大于商业活性炭。；(2)该活性炭可大幅度降低污水排放浓度，可用于工业废水处理，大大减轻因吸附
给水质、大气带来的污染；(3)常规化学法使用的原料是木材、煤炭(无烟煤、非粘合性烟煤)等，为不可再生资源，且价格较高。本发明原材料咖啡渣来源于咖啡店丢弃的咖啡渣，成本低廉，易取得。(4)相比较于其他木质素活性炭，本发明选用的咖啡渣具有比表面积和孔容积大，吸附潜能大的优点，表1是各常见木质素活性炭的比较：表1生物质及其活性炭特性
8.利用本发明制备的活性炭比表面积与孔径分布合理，吸附能力强。特别是能源是人类当前面临的重要问题之一，煤与石油资源正在不可逆地消耗减少。有资料报导每年全世界通过植物光合作用而固定的炭约为1400亿吨，超过每年开采石油和煤的总和四倍。本发明的重要特点是之一就是利用废弃植物这一可再生资源开发能源，在农村和边远地区，其资源极为丰富，本发明既合理利用了废弃可再生资源，又保护环境，创造了经济效益。
附图说明
图1为本发明提出的磷酸改性咖啡渣活性炭及其制备方法的流程示意图。
具体实施方式
9.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。咖啡渣经蒸馏水清洗，并在105℃烘箱中烘干24h后，用85％的磷酸h3po4配制50％的磷酸溶液，以浸渍比1:1混合，浸渍24h后置于烘干箱中105℃烘箱中烘干24h，再取干燥过后的咖啡渣放入石英舟中置于管式电阻炉内，然后连接冷凝系统和不凝气吸收系统，检查系统无漏气现象后启动真空泵，调节管式电阻炉的参数，打开氮气瓶，并持续通入流速为
0.1l/min的氮气，待温度升至500℃，在500℃炭化1h，冷却后清洗活性炭至ph为7,置于105℃烘箱烘干24h，制得咖啡渣活性炭。按照中华人民共和国gb/t 28019
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2011测定cr6+去除率。配制cr6+模拟废水，计算重铬酸钾溶液中中cr6+的含量，配制cr6+溶液，将制得的活性炭与配制的cr6+模拟废水进行混合，放置在摇床上摇动2h，使其充分吸附。取下后将混合物过滤，取滤液放置于比色管，定容后加入0.5ml的1+1硫酸溶液和0.5ml的1+1磷酸溶液，盖紧盖子摇匀。配制显色剂，称取二苯碳酰二阱(c13h14n40)0.2g，溶于50ml丙酮中，加水稀释至100ml，摇匀。取显色剂2ml于比色管中，摇匀静置5～10min充分显色后，在540nm波长处，用10或30mm的比色皿，以水做参比，测定吸光度，扣除空白试验测得的吸光度后，从校准曲线上查得六价铬含量。计算去除率。