用花生壳制备活性炭的研究孙保帅Word文件下载.docx

1、活性炭是一种优质吸附剂,具有独特的孔隙结构和表面活性官能团,具有足够的化学稳定性、机械强度及耐酸、耐碱、耐热,以及不溶于水和有机溶剂,使用失效后容易再生等良好性能,使它在食品加工、制药、化学、冶金、农业、环保等方面有着极其广泛而重要的用途.用花生壳制备活性炭原料易得,操作工艺简便.花生是我国主要的油料作物,其总产量和出口量均居世界首位1.我国花生年总产量达1500万t 左右2,占世界花生总产量的42%,每年约可产500万t 花生壳3.而这些花生壳没有或者很少被有效利用,造成了资源的极大浪费,因此研究花生壳制活性炭具有重要意义.生物质活性炭生产的方法主要分为物理活化法和化学活化法两种.化学活化法

2、是在原材料中加入影响热解反应并抑制焦油生成的脱水剂,进行一步炭化和活化.化学活化法因原料不同制造方法各有差异,但其工艺过程基本一致.化学活化一般包括磷酸活化法4-5,氯化锌活化法6,氢氧化钾活化法7-8和其他化学品活化法9-11,其中最为常用的是氯化锌活化法和磷酸活化法.一般认为氯化锌在活化过程中起脱氢作用12-14.氯化锌活化法是成熟工艺,应用较早,优点是工艺简单,操作方便,原料利用率高,产品脱色率高等.但也存在环境污染,氯化锌回收困难,成本高等缺陷.采用磷酸作为活化剂制备活性炭可以克服氯化锌活化工艺的缺点,但也存在对装置要求高（通常需要耐高温磷酸腐蚀的理想材料,制备出的活性炭灰分普遍较高等

3、问题,影响该工艺的工业规模生产和应用推广.磷酸活化法中磷酸的加入降低了炭化活化温度,在150e 就开始形成微孔,200450e 主要形成中孔,在400e 左右就可以制备出收率高,质量较好的活性炭.由于在炭化活化过程中磷酸和木质素和纤维素进行结合,可制备不同孔径的活性炭,木质素主要参与微孔的形成,纤维素主要参与中孔的形成.活性炭孔隙分布的改变可通过改变活化温度和原料与磷酸配比来实现15-17.从各种不同活化工艺制得的花生壳活性炭的收率来看,氯化锌活化法制备花生壳活性炭的收率略高于磷酸活化法制备工艺.目前有关制备花生壳活性炭的工艺还没有工业化应用的报道,仅仅停留在实验室阶段.物理活化法通常包括两个

4、步骤,首先是对原料进行炭化处理以除去其中的可挥发成分,使之生成富碳的固体热解物,然后用合适的氧化性气体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,根据使用的活化气体不同可以分为水蒸气活化法18、二氧化碳活化法、空气活化法等.常用的有水蒸气活化法、46河南工业大学学报（自然科学版第30卷CO2活化法和高温烟道气活化法.活化过程中发生如下反应:C+H2O=H2+CO（$H=+117kJ/m olC+CO2=2CO（$H=+159kJ/m o l物理活化法的缺点是需要非常高的温度,而且常常需要在惰性气体的保护下进行.1实验部分1.1原料与试剂亚甲基蓝:上海山浦化工有限公司;花

5、生壳取自河南省延津县胙城乡,含水量10.58%,灰分3.933%,木质素28.52%.1.2主要仪器与设备SXL1008型马弗炉:上海精宏实验设备有限公司;KQB型玻璃仪器气流烘干器:巩义市予华仪器有限责任公司;DZF605型真空干燥箱:上海精宏实验设备有限公司;SZ93型自动双重纯水蒸馏器:上海亚荣生化仪器厂;MONOSORB型比表面积分析仪:美国康塔仪器公司.1.3实验方法本实验采用化学活化法,先将花生壳洗净、烘干、粉碎过20目筛.将粉碎后的花生壳与一定浓度的活化剂溶液按一定的液固比混合均匀,充分搅拌后放置14h,再将其移至带盖坩埚中,置于马弗炉中,在一定温度下活化一定时间,取出冷却,以1

6、%稀盐酸或热水洗涤,再用蒸馏水洗涤至pH值为57,110120e下烘干,研磨,用200目筛筛分,即得到活性炭产品.影响产品活性炭性能的因素主要是活化剂、活化剂的浓度、液固比、活化温度、活化时间等.这些因素都有合适的范围,太大了造成浪费,太小了效果不好.在单因素实验的基础上,笔者利用正交实验法比较磷酸、氯化锌、氢氧化钾、硫酸4种化学试剂活化所制花生壳活性炭的吸附性能,同时考察活化温度、时间等因素对所制活性炭性能的影响,实验方案按L16（45正交表安排,正交实验的因素与水平见表1.表1正交实验因素与水平水平因素活化剂液固比活化剂浓度/%活化温度/e活化时间/hA ZnC l21304001B H2

7、SO42405002C KOH2.5505503的产率的测定和计算（1由BET方程:pV（p0-p=1CV m+C-1pp0采用氮气吸附法（详见GB/T19587-2004测量V m,则活性炭的比表面积A=4.35V mm式中:m为试样质量,g;V m为饱和单分子层吸附所需吸附质的体积;V为吸附平衡时的气体吸附量（标准状况计算,mL;p为平衡压力;p0为平衡温度下吸附质的饱和蒸气压;C为与吸附焓有关的常数（标准状况计算,m L.（2根据木质活性炭亚甲基蓝吸附值的试验方法（详见GB/T12496.10-1999测定亚甲基蓝吸附量.（3活性炭产率x=m1m0100%m1为生成活性炭的量,g;m2为

8、加入花生壳的量,g.2结果与讨论2.1实验条件对活性炭吸附性能的影响2.2实验条件对活性炭产率的影响图1表明随着活化温度的增加,活性炭产率单调下降,原因是温度越高,花生壳裂解程度越高,失重越甚.同样,即使在相同的温度下,活性炭产率随着活化时间的增加而单调下降（图2.因第4期孙保帅等:用花生壳制备活性炭的研究47此,无论从性能讲,还是从产率讲,都需要确定最佳的活化温度和时间.表2 实验方案及结果序号活化剂液固比溶剂浓度活化温度活化时间亚甲基蓝吸附值量/m L1A A A A A 12A B B B B 9.03A C C C C 10.04A D D D D 11.05B A B C D 16B

9、 B A D C 17B C D A B 18B D C B A 19C A C D B 2.010C B D C A 111C C A B D 112C D B A C 113D A D B C 4.514D B C A D 15.015D C B D A 3.516DD A C B 4.06.7504.3755.2500.6255.375 3 结论通过正交实验及结果分析表明,磷酸活化法48%,比表面积772.792m 2/g .参考文献:1 刘晓军.花生加工副产品的再利用J.加工技术,2006（11:36-38.2 2005年世界花生主要生产国和贸易国的生产及贸易状况J.花生学报,2006

10、,35（1:13.3 廖朝东.花生壳的化工利用J.化工技术与开发,2004,33（2:24-25.4 La i n e J ,Ca lafat A,Labady M.Preparationand characteriza ti o n of activated carbon fro m coconut shell i m pregnated w ith phosphoric acidJ.Carbon ,1989,27（2:191-195.5 Jag toyen M,Derbysh ire F .A ctivated carbonsfro m yello w po lar and w hite

11、oak by H 3PO 4ac -ti v ati o n J.C ar bon ,1998,36（7/8:1085-1097.6 Ahm adpour A,Do D D .The preparation o factivated carbon fro m m acada m ia nutshe ll by che m ica l acti v ati o n J.Carbon,1997,35（12:1723-1732.7 王秀芳,张会平,陈焕钦.KOH 活化法高比表面积竹质活性炭的制备与表征J.功能材料,2006,37（4:675-679.8 商红岩,吴明铂,郑经堂,等.KOH 活化制备高

12、比表面积窄孔径分布的活性炭纤维的研究J.炭素技术,1999,103（5:9-13.9 吴明铂.化学活化法制备活性炭的研究进展J.炭素技术,1999,102（4:19-23.10 H ayashi J ,U chibayashiM,H ori k a w a T,e t a.l Synthesizi n g acti v ated carbons fro m res -i n s by che m ica l activati o n w ith K 2CO 3J.C arbon ,2002,40:2747-2752.11 张会平,肖新颜,杨立春.K 2C O 3活化法制备椰壳活性炭J.华南理工

13、大学学报:自然科学版,2006,34（3:63-66.48河南工业大学学报（自然科学版第30卷12Caturla F,M o li n a-Sab i o,Rodri g uez-Re i n osoF.Preparati o n o f activated carbon by che m-ical activation w ith ZnC l2J.C ar bon,1991,29:999-1006.13Rodriguez-Reinose,M o li n a-Sab i o M.A ct-ivated carbons fro m lignocellulosic m aterialsby ch

14、e m ical and/or physical activationJ.C arbon,1992,30:1111-1118.14Suna Ba lc,i T i m ur Dogu,H ayrettin Y ce.lCharacterizati o n of activated car bon pro-duced fro m a l m ond shell and haze l n u t shellJ.Journa l of Che m ica lTechno logy&B i o-techno l o gy,1994,60:4191-4426.15B adie S G irg is,Sa

15、 m ya S Yun is,AshrafMSo li m an.Characteristics o f activated car bonfro m peanut hulls i n relati o n to cond itions o fpreparati o nJ.M aterials Letters,2002,57:164-172.16Lu is C Ro m ero,Antonio Bono m o,E lio EGonzo.Ac i d-activated carbons fro m peanu tshe lls:synthesis,characterizati o n and

16、up-take of organic co m pound fro m aqueous So-l u ti o nsJ.Adsorpti o n Science and Tech-no l o gy,2003,21（7:617-626.17M arit Jagtoyen,Frank Der byshire.So m econsiderati o ns of the ori g ins of porosity i ncar bons fro m che m ica lly activated woodJ.C arbon,1993,31:1185-1192.18W ilson K,Y ang H,

17、Seo C W,et a.l Selectm etal adsorpti o n by activated car bon m adefro m peanu t she llsJ.B ioresource Tech-no l o gy,2006,97:2266-2270.ACT IVATED CARBON PREPARAT ION FROM PEANUT S HELLSS UN Bao-shua,i YU L-i jia,GONG Yan-w en（Schoo l o f Che m istr y&Che m ical Eng ineering,H enan University of T e

18、chnology,Zhengzhou450001,ChinaAbst ract:Preparati o n of acti v ated car bon fro m peanut shells w as i n vesti g ated.O rt h ogonal experi m ental design w as used to co m pare the e ffects o f four acti v ating agents inc l u d i n g phosphoric ac i d,zi n c chlori d e,potassium hydrox ide and sul

19、fur ic ac i d,and different facto rs,such as acti v ation te m perature,acti v ation ti m e,concentra-ti o n of the activating agents,and the li q u i d/so li d ratio,on t h e perfor m ance of peanut shell acti v ated car bon; and the obta i n ed sa m ple w as characterized by m ethy lene b l u e ad

20、so r pti o n va l u e and specific surface area.The resu lts sho w ed that phosphate ac i d is the best activati n g agen.t A ctivated car bon w ith m ethy lene b l u e adsorp-ti o n value15.0mL,spec ific surface area771.792m2/g and y i e l d45%48%can be prepared by acti v ating peanut she lls w it h50%phosphor i c ac i d at the li q u i d/so li d rati o o f2B1,te m perature350400e,and reac-ti o n ti m e,4h.K ey w ords:peanut shel;l che m ical activati o n m et h od;acti v ated carbon;adsor pti o n