专利名称：用佛手渣制备活性炭的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备活性炭的方法，特别是利用佛手饮料生产过程中废弃的佛手 渣制备活性炭的方法。
背景技术：
活性炭又称植物炭，是一种黑色粉末或颗粒状无定形具有具有发达的孔隙结构、 巨大的比表面积和优良的吸附性能的含碳物质，广泛应用于工农业生产的各个方面，如石 化行业的无碱脱臭(精制脱硫醇)、乙烯脱盐水(精制填料)、催化剂载体(钯、钼和铑等)、 水净化及污水处理；电力行业的电厂水质处理及保护；化工行业的化工催化剂及载体、气 体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制；食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、 脱色；黄金行业的黄金提取、尾液回收；环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气 体净化；以及相关行业的香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂 液的制备等。活性炭在未来将会有极好的发展前景和广阔的销售市场。活性炭的制备原料 包括煤，石油焦，浙青，生物质等高碳含量的材料。活性炭的制备方法基本上有三类气体活 化法、化学活化法、气体_化学品联合活化法，其中较常用的是后两种活化方法。1、气体活化法通常包括两个步骤首先是对原料进行炭化处理以除去其中的可发 挥发成分，使之生成富炭的固体热解物，然后用合适的氧化性气体(如水蒸汽、二氧化碳、 氧气或空气)对炭化物进行活化处理，通过开孔、扩孔和创造新孔，形成发达的孔隙结构。 常用的气体活化剂有水蒸汽、二氧化碳、氧气、空气或烟道气与氧气等混合气。活化反应在 活性炭细孔形成过程中有三个作用A开孔作用。炭化时形成的孔隙由于被焦油或其它分 解生成的无定形炭所堵塞，造成了闭孔，使被吸附分子无法进入孔隙，所以无吸附能力。活 化时，由于这些焦油或无定形炭与气体活化剂反应而被除去，使闭孔打开使比表面积增大。 B扩孔作用。由于孔隙内表面的一部分炭与活化剂反应生成二氧化碳或一氧化炭气体排出， 使原有的孔隙直径增大。同时由于孔壁的烧失使孔与孔相通，形成气体通道，有利于气体活 化剂向内部扩散。C某些结构经选择性活化而生成新孔。由于以上三个作用，使活性炭形成 发达的孔隙结构，孔隙率和比表面积增加。影响气体活化的因素有很多，活性炭的孔隙率除了与制备活性炭的原料性质有 关外，还与炭化、活化条件诸如炭化温度、炭化时间、活化温度、活化时间、活化剂种类、活 载比等有密切的关系。利用气体活化制备超级活性炭时往往需要添加催化剂。如日本专 利采用第VDI族金属元素做催化剂，添加有代表性的过渡金属化合物Fe (OH) 3、FePO4, FeBr3^ Fe (SO4) 3、Fe203> Fe (NO3) 3等，不仅可减少反应时间，而且获得比表面积达到2000 2500m2/ g的超级活性炭。2、化学活化法是用化学药剂作活化剂对含炭物质进行活化的方法。一般是先在原 材料中加入能影响热解反应并抑制焦油生成的活化剂，然后再进行炭化和活化。化学活化 法因原料不同制造方法各有差异，但其原理基本是一致的。典型制备工艺流程如图1所示。 化学活化法中常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物，无机盐类以及一些酸类。目前应用较多、较成熟的化学活化剂有KOH、NaOH, ZnCl2, CaCl2, H3PO4等，根据活化剂的不同，化 学活化法又可分为KOH法、ZnCl2法以及H3PO4法和白云石法等，其中以KOH作为活化剂制得 的超级活性炭性能最优异。3、气体_化学品联合活化法就是将气体活化及化学活化两种方法结合起来的活 化方法。大致可分为二次活化和混合活化两种。二次活化就是补充活化，即先对物料进行 化学活化，然后对制得的活性炭用气体活化剂再进行活化。混合活化就是先将活化剂与原 料混合均勻，然后在惰性气体(通常是氮气)的保护下升到预定的温度，再在预定温度下通 入气体活化剂，对原料同时进行气体活化和化学活化。上述三种活化方法均可用来制备超级活性炭，但各有优缺点化学活化法制备超 级活性炭的生产工艺虽然较为成熟，而且已实现商品化，但成本较高并存在严重的设备腐 蚀及环境污染等问题；气体活化法虽然工艺简单、污染少、但反应耗时较长，利用此法制备 超级活性炭的生产工艺还处在实验室规模的探索中。
金华佛手主产于浙江省金华市，叶互生，长椭圆形，有微锯齿；初夏开花，圆锥花 序，上部白色，基部紫红；果实冬季成熟，色泽橙黄，基部圆形，上部分裂如掌，成手指状，果 肉基本退化，香气浓郁。有“指佛手”和“拳佛手”两类。植株极具观赏价值。果可制蜜饯。 根、叶、花、果均可入药，有理气、止痛之功效，主治胸胀满、胃痛等症。含有微量的香叶木甙 和橙皮甙以及多种维生素，叶苦含锌、温而无毒、气味芳香、有醒脾开胃、快膈化滞、顺气宽 胸和疏肝解郁等功能。将佛手榨汁制成饮料极具有巨大的市场效益，目前佛手饮料已经工 业化生产，利用金华佛手这一优势资源，采取先进的工艺技术，可加工成佛手干片、佛手茶、 佛手酒及佛手保健系列产品，尤其是利用佛手干碾碎粉末提取其精华，混合茶树嫩梢制成 的佛手茶，其香浓锐，味甘厚，有理气化痰，舒肝健脾胃，减肥健身之功效，在市场上倍受消 费者亲睐，产品供不应求。但在饮料生产工艺过程中会产生大量废弃的佛手渣残料，目前是 以填埋或垃圾方式处理榨汁后的佛手渣废料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用佛手渣制备活性炭的方法，以废弃的佛 手渣为原料制备活性炭，不仅可降低制备活性炭的成本，而且具有重要的环保意义。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案用佛手渣制备活性炭的方法 包括如下步骤原料粉碎、干燥、炭化、活化，炭化升温速率为1-9 °C /min，炭化温度为 400-7000C，活化温度为800-900°C，所述炭化步骤、活化步骤在炭化活化装置内进行。所述干燥步骤中干燥温度为120°C。所述活化步骤中活化剂采用KOH，KOH与佛手渣原料质量比为4 1。所述活化步骤中活化剂采用ZnCl2, ZnCl2与佛手渣原料质量比为3 1。所述炭化活化装置包括石英管、氮气瓶，所述氮气瓶连接于所述石英管的一端。本发明由于采用了上述技术方案，佛手渣含有大量炭元素，以废弃物为原料制备 活性炭，不仅可降低制备活性炭的成本，而且具有重要的环保意义。产品在强度、气体分离 性能和吸附性能均较好。
图1为本发明炭化活化装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步描述。本发明用佛手渣制备活性炭的方法包括如下步骤原料粉碎、干燥、炭化、活化，炭化升温速率为1-9°C /min，炭化温度为400-700°C，活化温度为800-900°C，所述炭化步骤、 活化步骤在炭化活化装置内进行。如图1所示，所述炭化活化装置包括石英管1、氮气瓶2，所述氮气瓶2连接于所述 石英管1的一端，所述石英管1的另一端排空，所述石英管1用耐火砖包裹，保持恒温。耐 火砖内设有温控装置3。氮气瓶2出口处设有流量计4。石英管内通氮气做保护气，，并将 炭化和活化过程产生的H2O, CO, CO2等小分子在另一端排空。活化剂可采用KOH、ZnCl2,也可以采用二氧化碳、水蒸气或者氧气，常压条件下制
备活性炭。活化剂采用Κ0Η，有以下反应4K0H+C — K2C03+H20+2H2同时考虑到KOH的高温分解、碳的还原性，结合金属盐作为蒸汽活化催化剂的研 究结果，推知在活化反应过程中，还有如下反应发生2K0H — K2CHH2OC+H20 — H2+C0C0+H20 — H2+C02K2CHH2 — 2K+H20K20+C — 2K+C0K20+C02 — K2CO3K2C03+2C — 2K+H20活化剂采用ZnCl2，有以下反应ZnCl2+C02 — Zn0+Cl2+C0C+CO — CO2Zn0+C02 — ZnCO3Zn0+C0 — Zn+C02通过以上反应进行扩孔，实现多孔通道，增加比表面积，提高活性炭的应用性能。采用本发明用佛手渣制备活性炭的方法所得产品各项测试数据如下
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四氯化碳吸附值，％ 70-110 机械强度，％>95% 由以上数据可知，所得到的活性炭吸附性能优良。活性炭吸附能力提高10 30% ； 堆比重和机械强度高。本发明得到的活性炭可应用在烟气脱硫，污水处理，气体净化和存 储，溶剂回收等领域。实例1 将佛手渣120°C干燥24h，过筛10 30目，炭化温度700°C，炭化时间 120min，升温速率1°C /min, ZnCl2与原料质量比3 1，制备活性炭性能
四氯化碳吸附值，％ 75 机械强度，％96%
碘吸附值，％984
亚甲基蓝吸附值，％ 208 堆比重，g/1406
质量比表面，m2/g 1002实例2 将佛手渣120°C干燥24h，过筛10 30目，炭化温度700°C，炭化时间 120min,升温速率5°C /min, KOH与原料质量比4 1，制备活性炭性能 实例3:将佛手渣120c干燥24h,过筛10~30H,炭化温度700c,炭化时间120min,升温速率5c/min,KOH与原料质量比4:1,900c水蒸气活化,制备活性炭性能:
权利要求
用佛手渣制备活性炭的方法，其特征在于包括如下步骤原料粉碎、干燥、炭化、活化，炭化升温速率为1-9℃/min，炭化温度为400-700℃，活化温度为800-900℃，所述炭化步骤、活化步骤在炭化活化装置内进行。
2.根据权利要求1所述用佛手渣制备活性炭的方法，其特征在于所述干燥步骤中干 燥温度为120°C。
3.根据权利要求1所述用佛手渣制备活性炭的方法，其特征在于所述活化步骤中活 化剂采用KOH，KOH与佛手渣原料质量比为4 1。
4.根据权利要求1所述用佛手渣制备活性炭的方法，其特征在于所述活化步骤中活 化剂采用ZnCl2, ZnCl2与佛手渣原料质量比为3 1。
5.根据权利要求1所述用佛手渣制备活性炭的方法，其特征在于所述炭化活化装置 包括石英管、氮气瓶，所述氮气瓶连接于所述石英管的一端，所述石英管的另一端排空，所 述石英管用耐火砖包裹。
全文摘要
本发明公开了一种用佛手渣制备活性炭的方法,包括如下步骤原料粉碎、干燥、炭化、活化，炭化升温速率为1-9℃/min，炭化温度为400-700℃，活化温度为800-900℃。本发明由于采用了上述技术方案，佛手渣含有大量炭元素，以废弃物为原料制备活性炭，不仅可降低制备活性炭的成本，而且具有重要的环保意义。产品在强度、气体分离性能和吸附性能均较好。
文档编号B09B3/00GK101844764SQ20101018383
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者代伟, 陈建荣, 马娜 申请人:浙江师范大学