一种基于太阳能加热的活性炭及制备方法

本发明属于活性炭，尤其涉及一种基于太阳能加热的活性炭及制备方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、活性炭吸附法是污水处理中一种常用的工艺，主要利用活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物，特别是一些难降解的有机物，重金属离子等。这种方法具有操作简单，吸附效率高等优点。但活性炭的制备过程是将木材、煤、果壳等含碳物质在高温缺氧条件下活化制备，需要用马弗炉、管式炉等炭化炉，并在400-800℃的高温环境下持续运行3-8h，因此制备过程中需要消耗大量的能源。按一般的制备条件，如马弗炉功率为5kw，烧制时间4h，设置温度为450℃时，烧制一批活性炭的能量消耗将达到7.2×104kj。常规马弗炉一批次约烧制活性炭样品10g，实际废水处理过程中，按处理每吨水大约10kg活性炭计算，则需要消耗电能7.2×107kj，这相当于一般居民生活过程中照明476h的用电量(以功率为42w的节能灯进行计算)。因此活性炭炭化制备过程中的能源消耗巨大，具有较大的节能潜力。

3、一般来说，所有富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳等都可以作为活性炭制备的原材料。湿地植物具有维管束结构，有机碳含量相对较高，是理想的活性炭原材料。湿地植物多为多年生的作物，每年收割后会产生大量的植物生物质，受其较低的经济附加值的影响，每年只有少部分的芦苇被收割并应用于制作编织物，造纸，药用等方面，生物质利用率较低。虽然已有研究人员将芦苇生物质作为活性炭制备的原料并成功制备了性能良好的活性炭，但常规制备方法能耗高资金需求大，增加了湿地运行成本。因此目前大规模人工湿地工程收割地植物生物质资源产业化利用水平低，并且核算收割和运输成本后，湿地植物生物质资源的现有利用方式很难为湿地工程运行获取资金收入。此外，水绵、刚毛藻等大型丝状藻也在淡水水体中普遍存在，过度生长不仅影响美观，且极易降低水中溶解氧，影响水体生态系统，而像大型藻等此类原材料制炭的工艺极为少见，此外现有的制备活性炭的方式存在能耗高的问题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于太阳能加热的活性炭及制备方法，采用芦苇、大型藻类等湿地植物作为活性炭制备的原材料，根据大型藻类和湿地挺水植物的成分特点，选择磷酸进行反应，而且采用密封的水热反应釜在太阳能集热设备中进行高压加热，不仅促进活性炭炭化过程，生成成孔率高、吸附好的优质活性炭，而且采用太阳能加热的方式降低能耗损耗。

2、为实现上述目的，本发明的第一个方面提供：一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，包括：

3、步骤1：取大型藻类或湿地植物为原材料，将原材料进行干燥、粉碎，得到植物碎屑；

4、步骤2：将所述植物碎屑与磷酸在密封的水热反应釜进行混合反应，得到混合反应物；所述水热反应釜在太阳能集热设备内进行高压加热；

5、步骤3：将混合反应物进行清洗、烘干，得到生物质活性炭。

6、本发明的第二个方面提供一种基于太阳能加热的活性炭，采用上述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法制备得到。

7、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

8、在本发明中，采用芦苇、大型藻类等湿地植物作为活性炭制备的原材料，根据植物成分特点，选择磷酸进行反应，而且采用密封的水热反应釜在太阳能集热设备中进行高压加热，不仅促进活性炭炭化过程，生成成孔率高、吸附好的优质活性炭，而且采用太阳能加热的方式降低了能耗损耗，低能耗，而且太阳能制备的装置或者操作方式操作简单，容易推广，可以作为人工湿地工程的现场植物处理，省去了植物收割后的运输环节。

9、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述植物碎屑为0.1cm-0.5cm之间。

3.如权利要求1所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，在步骤2中，磷酸和植物生物质按浸渍比2：1-3：1进行混合，混合均匀后浸渍12-15h。

4.如权利要求1所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，在步骤3中，将太阳能集热设备放置在5-35℃温度条件下，加热4-8h。

5.如权利要求1所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，在步骤3中，加热反应后采用去离子水清洗至ph为6.5-7.5。

6.如权利要求5所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，在步骤3中，在105℃下烘干2-3h。

7.如权利要求1所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，所述太阳能集热设备两侧用陶瓷塞密闭，所述太阳能集热设备为中空设置，所述水热反应釜放置在太阳能集热设备的中空位置。

8.如权利要求7所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，所述太阳能集热设备内部设置有温度传感器。

9.如权利要求8所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法，其特征在于，所述太阳能集热设备一侧的陶瓷塞集成有温度显示器，所述太阳能集热设备另一侧的陶瓷塞集成照度计。

10.一种基于太阳能加热的活性炭，采用上述如权利要求1-9任一项所述的一种基于太阳能加热的活性炭制备方法制备得到。

技术总结
本发明提出了一种基于太阳能加热的活性炭及制备方法，包括：步骤1：取大型藻类或芦苇等湿地植物为原材料，将原材料进行干燥、粉碎，得到植物碎屑；步骤2：将所述植物碎屑与磷酸在密封的水热反应釜进行混合反应，得到混合反应物；所述水热反应釜在太阳能集热设备内进行高压加热；步骤3：将混合反应物进行清洗、烘干，得到生物质活性炭。采用大型藻类或芦苇等湿地植物作为活性炭制备的原材料，根据植物成分特点，选择磷酸进行反应，而且采用密封的水热反应釜在太阳能集热设备中进行高压加热，不仅促进活性炭炭化过程，生成成孔率高、吸附好的优质活性炭，而且采用太阳能加热的方式极大的降低了制备能耗。

技术研发人员：徐景涛,刘润泽,赵聪聪,吴晓乐,夏光
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16