一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法、产品及其应用

1.本发明属于活性炭领域，更具体的涉及一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法、产品及其应用。


背景技术：

2.水体中含有色素和其他杂质，会导致水体透明度降低，引起水体缺氧，进而影响水生生物和微生物生长，破坏水体自净。因此，采取有效措施对水体进行净化至关重要。
3.我国是一个农业大国，生物质资源极其丰富，其中玉米芯作为玉米加工过程中的副产品，年产可达数千万吨。玉米芯富含多种官能团，通过改性的方式改变其表面的官能团的数量及种类，以此来改善其表面极性、亲水性，从而提高对色素的吸附能力。
4.活性炭是一种吸附性能良好的碳材料，近年来，关于玉米芯转化活性炭的各种制备方法被相继报道。cn 112028072a公开了一种以玉米芯渣制备活性炭的方法，以磷酸为活化剂，玉米芯先炭化再活化，洗涤干燥即得成品活性炭。cn 110743494a公开了一种玉米芯改性活性炭土壤重金属吸附材料及其制备方法，以高锰酸钾为活化剂在氮气保护下热解碳化，浸吸氢氧化钠或氢氧化钾溶液后干燥，得到玉米芯改性活性炭重金属吸附材料。《合成材料老化与应用》 2020，49(05):84-86通过对玉米芯进行磷酸化改性，合成改性玉米芯活性炭吸附剂。《化工新型材料》 2021，49(10):170-174 178以玉米芯为生物原料、氯化锌/氯化钾熔盐为介质，采用熔盐热裂解法制备活性炭。
5.本发明采用盐系溶液为活化剂，预处理后的玉米芯粉在盐系溶液浸泡后，在不同温度下经过二次活化制得对水体中的大部分色素具有较高的吸附选择性和较大的吸附量的玉米芯基活性炭。此活性炭可高效脱除水体中大部分色素，能够有效解决水体中色素含量过多导致的水体透明度降低，水体缺氧等问题，具有重要的科学意义。且该制备方法简便，成本较低，在水净化领域具有广泛的应用可能性。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法。
7.本发明采用的玉米芯来自于河南郑州，所用试剂市场易于购买。本发明采用的技术方案为：首先，制备盐系溶液，一定质量的盐酸和氯化铁溶于水中，在室温下搅拌，得到盐系溶液；其次，将预处理过的玉米芯粉置于盐系溶液中，先超声再自然风干，在氮气保护下活化一定时间，取出后洗涤至中性，干燥后得到一次活化后样品；最后，按比例将一次活化后样品与氢氧化钾研磨均匀，在氮气保护下进行二次活化，清洗干燥后得到玉米芯基活性炭。
8.进一步的，所述的盐系溶液中盐酸的质量分数为0.5~0.75%，氯化铁的质量分数为33~67%。
9.进一步的，所述的玉米芯的预处理方式：40~200目的玉米芯粉浸泡于有机溶液中，
有机溶液包括如下种类：乙醇、异丙醇，柠檬酸等，有机试剂的质量分数为20~80%；40~200目的玉米芯粉在有机溶液中搅拌10~24 h后抽滤，所得沉淀水洗干净干燥后，置于0.2~0.6%氢氧化钠溶液中浸渍0.5~1.5 h，抽滤后水洗至中性，干燥后得到预处理后玉米芯。
10.进一步的，所述的预处理后玉米芯与盐系溶液的质量比为1：（1~2），超声浸渍30~60 min后干燥，在400~600℃氮气保护下进行第一次活化，活化时间为0.5~2 h，活化后样品水洗至中性，干燥后得到第一次活化样品。
11.进一步的，所述的一次活化后样品与氢氧化钾的质量比为1:（1~5）。研磨混合均匀，氮气保护下800~1000℃进行二次活化，活化时间为0.5~2 h。冷却后得到玉米芯基活性炭。
12.两步法活化玉米芯基活性炭制备方法制备而成的玉米芯基活性炭。
13.两步法活化玉米芯基活性炭制备方法制备的玉米芯基活性炭在水体净化中的应用。
14.利用国标法（gbt12496.8-2015-1）检测玉米芯基活性炭的碘吸附情况，推断其微孔发达程度及对小分子的吸附能力。
15.利用国标法（gbt12496.10-1999）检测玉米芯基活性炭的亚甲基蓝吸附情况，推断其中孔的数量，用亚甲基蓝值来代表此炭的脱色能力。
16.本发明的有益之处在于：（1）本发明的玉米芯基活性炭对水体中的色素有良好的吸附效果，能够有效解决水体中色素含量过多导致的水体透明度降低，水体缺氧等问题，对水体净化有良好效应。
17.本发明中的玉米芯基活性炭制备方法简便，成本较低，在水净化领域具有广泛的应用可能性。
具体实施方式
18.下面结合实施例，对本发明的具体的实施方式进一步详细描述。以下实施例是用来进一步说明本发明的内容，而不限制本发明的保护范围。对于本发明所涉及的相关内容及所做的修改，均属于本发明保护范围。
19.实施例1（1）玉米芯基活性炭的制备1）玉米芯的预处理80~100目的玉米芯粉浸泡于20~60%的有机溶液中，搅拌10~12 h后抽滤，所得沉淀水洗干净后，干燥后置于0.2%~0.5%氢氧化钠溶液中浸渍0.5~1 h，抽滤后水洗至中性，干燥完成得到预处理后玉米芯。
20.2）一次活化盐系溶液中盐酸的质量分数为0.5~0.65%，氯化铁的质量分数为35~60%，玉米芯与盐系溶液的质量比为1：（1~1.5），超声浸渍30~50 min，干燥后在氮气保护下500~600℃活化1~1.5 h，活化后样品水洗至中性，干燥后得到第一次活化样品。
21.3）二次活化一次活化样品与氢氧化钾质量比为1:（2~4）研磨混合均匀，在氮气保护下800~900℃活化1~1.5 h，冷却后得到玉米芯基活性炭。
22.（2）玉米芯基活性炭的性能检测利用国标法（gbt12496.10-1999）检测玉米芯基活性炭的亚甲基蓝吸附情况，推断其中孔的数量，用亚甲基蓝值来代表此炭的脱色能力。
23.此条件下制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附率为60~70 mg/g。
24.实施例2（1）玉米芯基活性炭的制备1）玉米芯的预处理80~100目的玉米芯粉浸泡于20~60%的有机溶液中，搅拌10~12 h后抽滤，所得沉淀水洗干净后，干燥后置于0.2%~0.5%氢氧化钠溶液中浸渍0.5~1 h，抽滤后水洗至中性，干燥完成得到预处理后玉米芯。
25.2）一次活化盐系溶液中盐酸的质量分数为0.5~0.65%，氯化铁的质量分数为35~60%，玉米芯与盐系溶液的质量比为1：（1~1.5），超声浸渍30~50 min，干燥后在氮气保护下400~500℃活化1~1.5 h，活化后样品水洗至中性，干燥后得到第一次活化样品。
26.3）二次活化一次活化样品与氢氧化钾质量比为1:（2~4）研磨混合均匀，在氮气保护下900~1000℃活化1~1.5 h，冷却后得到玉米芯基活性炭。
27.（2）玉米芯基活性炭的性能检测利用国标法（gbt12496.8-2015-1）检测玉米芯基活性炭的碘吸附情况，推断其微孔发达程度及对小分子的吸附能力。
28.此条件下制备的活性炭对碘值的吸附率为700~800 mg/g。


技术特征：
1.一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法，其特征在于，首先，制备盐系溶液，一定质量的盐酸和氯化铁溶于水中，在室温下搅拌，得到盐系溶液；其次，将预处理过的玉米芯粉置于盐系溶液中，先超声再自然风干，在氮气保护下活化一定时间，取出后洗涤至中性，干燥后得到一次活化后样品；最后，按比例将一次活化后样品与氢氧化钾研磨均匀，在氮气保护下进行二次活化，清洗干燥后得到玉米芯基活性炭。2.根据权利要求1所述的一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法，其特征在于，盐系溶液中盐酸的质量分数为0.5~0.75%，氯化铁的质量分数为33~67%。3. 根据权利要求1所述的一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法，其特征在于，预处理后玉米芯与盐系溶液的质量比为1：（1~2），超声浸渍30~60 min后干燥，在400~600℃氮气保护下进行第一次活化，活化时间为0.5~2 h，活化后样品水洗至中性，干燥后得到第一次活化样品。4. 根据权利要求1所述的一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法，其特征在于，一次活化样品与氢氧化钾质量比为1:（1~5），研磨混合均匀，800~1000℃氮气保护下进行二次活化，活化时间为0.5~2 h。5.根据权利要求1-4任一项所述的两步法活化玉米芯基活性炭制备方法制备而成的玉米芯基活性炭。6.根据权利要求1-4任一项所述的两步法活化玉米芯基活性炭制备方法制备的玉米芯基活性炭在水体净化中的应用。

技术总结
本发明公开了一种两步法活化玉米芯基活性炭的制备方法、产品及其应用。该制备方法包括以下步骤：首先，将一定质量的盐酸和氯化铁溶于水中，在室温下搅拌，得到盐系溶液；其次，预处理后的玉米芯粉置于盐系溶液中，先超声再自然风干，在氮气保护下活化一定时间，得到一次活化后样品；最后，一次活化后样品与一定比例的氢氧化钾研磨均匀，在氮气保护下进行二次活化，清洗干燥后得到玉米芯基活性炭。该活性炭对于水体中的大部分色素具有较高的吸附选择性和较大的吸附量，且该制备方法简便，成本较低，适合在工业上使用。适合在工业上使用。


技术研发人员：王乐 焦冰玉 桂海涛 申妍 邬有胜
受保护的技术使用者：河南工业大学
技术研发日：2022.04.23
技术公布日：2022/7/29