一種秸稈芯碳材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種秸稈芯碳材料的制備方法。將秸稈清洗后，取出秸稈芯研磨成粉末，將去離子水、表面活性劑PVP、秸稈芯粉末混合均勻后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值，將水熱反應(yīng)釜密閉后置于烘箱中，加熱反應(yīng)，冷卻后，抽濾、水洗、干燥得到碳材料，本發(fā)明得到的碳材料表面粗糙，形成了一定數(shù)量的炭微球，炭微球?yàn)椴灰?guī)則的球形，比表面積更大，粒徑也更加均勻。
【專利說明】
-種稻軒巧碳材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及生物質(zhì)碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種賴桿忍碳材料的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 賴桿是一種天然纖維素類生物質(zhì)，是一種豐富的可再生資源。賴桿中含有豐富的 營養(yǎng)價值W及有用的化學(xué)成分，被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)。然而，仍有大量的賴桿沒 有被利用，運(yùn)不僅造成環(huán)境污染同時也是一種資源浪費(fèi)。由于賴桿中碳含量比較豐富，因此 將其轉(zhuǎn)化為具有特殊結(jié)構(gòu)的碳材料用于需要的領(lǐng)域是非常重要的。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中采用賴桿制備碳材料的方法有一定的缺陷，如模板法過程中需要控制 的變量太多、制備過程較復(fù)雜、W及偏高的生產(chǎn)成本，使得模板法制備炭微球難W大規(guī)模工 業(yè)化推廣;熱解法在高溫條件下含氧官能團(tuán)也損失殆盡，且最終產(chǎn)物純度較低、產(chǎn)率不高， 所用的原料含毒性較高，同時消耗的能量巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種賴桿忍碳材料的制備方法。將 賴桿清洗后，取出賴桿忍研磨成粉末，將去離子水、表面活性劑PVP、賴桿忍粉末混合均勻后 轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)蓋中，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值，將水熱反應(yīng)蓋密閉后置于烘箱中，加熱反應(yīng)，冷卻 后，抽濾、沖洗、干燥得到碳材料，本發(fā)明得到的碳材料表面粗糖，形成了一定數(shù)量的炭微 球，炭微球?yàn)椴灰?guī)則的球形，比表面積更大，粒徑也更加均勻。
[0005] 本發(fā)明的一種賴桿忍碳材料的制備方法技術(shù)方案為，包括W下步驟： (1) 賴桿前處理:將收集到的賴桿洗凈后烘干，剝離出賴桿忍，將賴桿忍剪截成段，再 使用球磨機(jī)研磨成粉末備用； (2) 將表面活性劑聚乙締化咯燒酬溶解在去離子水中，然后加入賴桿忍粉末，混合均 勻后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)蓋中，混合均勻，用鹽酸調(diào)節(jié)抑值，將水熱反應(yīng)蓋密閉后置于烘箱中， 加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)蓋冷卻至室溫； (3) 將反應(yīng)后的液體使用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水沖洗3~5次，于干 燥箱中干燥得到碳材料粉末。
[0006] 步驟(2)中，賴桿忍粉末濃度為20~50 g/L。
[0007] 步驟(2)中水熱反應(yīng)蓋置于烘箱中，加熱溫度為160~250 °C。
[000引步驟(2)中加熱反應(yīng)時間為4~12小時。
[0009] 步驟(2)中用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2~10。
[0010] 聚乙締化咯燒酬濃度為^6 g/35 mL。
[0011] 步驟(3)中干燥條件為80 °C條件下干燥12 h。
[0012] 步驟(3)中微孔濾膜為3. 50 mm*0.22皿。
[0013] 本發(fā)明的一種賴桿忍碳材料的制備方法有益效果為:本發(fā)明采用賴桿忍通過水熱 炭化制備碳材料，水熱炭化相較于傳統(tǒng)裂解炭化技術(shù)，具有顯著的優(yōu)勢，如反應(yīng)條件溫和， 廢棄生物質(zhì)中碳元素固定效率高，處理設(shè)備簡單，能耗低等，在炭化反應(yīng)過程中加入表面活 性劑PVP，可使得炭微球表面粗糖，形成的炭球數(shù)量更多，炭微球?yàn)椴灰?guī)則的球形，比表面積 更大，粒徑也更加均勻。表面活性劑在賴桿的水熱炭化反應(yīng)中，能夠改善炭微球的形貌，增 大炭球的比表面積，勻化晶粒。
[0014]
【附圖說明】： 圖1所示為賴桿忍粉末的XRD圖譜； 圖2所示為實(shí)施例1所得碳材料的XRD圖譜； 圖3所示為所制備的碳材料的SEM圖； 圖4所示為不同表面活性劑PVP添加量對碳材料吸附性能的影響圖； 圖5所示為添加 PVP時制備的碳材料SEM圖。
[0015]
【具體實(shí)施方式】： 為了更好地理解本發(fā)明，下面用具體實(shí)例來詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明 并不局限于此。
[0016] 實(shí)施例1 步驟 賴桿水熱法制備碳材料步驟如下： (1)賴桿前處理:將收集到的賴桿洗凈后烘干，然后將賴桿忍剝離出來，并用剪刀將賴 桿忍手工剪截成段，再使用球磨機(jī)研磨成粉末備用。
[0017] (2)稱取適量賴桿忍粉末加入到去離子水中，賴桿忍粉末濃度為20~50 g/L，攬拌 均勻后倒入水熱反應(yīng)蓋中，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2~10,將反應(yīng)蓋密閉后置于烘箱中，加熱到 160~250 °C并且保持4~12小時，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)蓋冷卻至室溫。
[0018] (3)對反應(yīng)后的液體使用50 mm*0.22皿微孔濾膜進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子 水沖洗3~5次，然后轉(zhuǎn)移到電熱恒溫干燥箱中，在80 °C條件下干燥12 h，將烘干后的碳材 料用研鉢研磨成粉末備用。
[0019]吸附實(shí)驗(yàn) 本文選用1 mg/L的六價銘標(biāo)準(zhǔn)溶液來做吸附實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下： (1)配制1 mg/L的六價格標(biāo)準(zhǔn)溶液。
[0020] (2)分別稱取碳材料Ξ份，一份加入到去離子水中做空白項(xiàng)，其余兩份分別加入到 Img/L的六價銘標(biāo)準(zhǔn)溶液中做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)，磁力攬拌后，靜置10小時。
[0021] (3)使用50 mm*0.22皿微孔濾膜抽濾出吸附后的固體炭微球，取濾液10 mL，分 別加入1:1的憐酸0.11 mL、l:l的硫酸0.11 mL、顯色劑0.43 mL，靜置10分鐘，再用 分光光度計(jì)測出吸光度。
[0022] (4)根據(jù)吸光度值，計(jì)算出相應(yīng)碳材料的吸附效率。
[0023] 最佳工藝條件下所制備的碳材料對六價銘離子的吸附效率可W達(dá)到59.08%，并根 據(jù)公式3.1計(jì)算其吸附容量，為1.182 mg/g。
[0024] q 二（CoV-CV)/m (3.1) 公式3.1中，g:吸附容量，mg/g;。:吸附前、后的Cr (VI)濃度，mg/L; Κο :吸附后溶 液的體積，L; C:吸附后的化(VI)濃度；Κ:吸附后溶液的體積，L ;ffl:加入小麥賴桿的質(zhì)量，邑。
[0025] 通過采用XRD衍射法來表征賴桿原料和水熱炭化后碳材料的曲線變化，進(jìn)而研究 賴桿忍在水熱法制備生物質(zhì)碳材料過程中結(jié)構(gòu)的改變。XRD衍射圖如說明書附圖圖1和圖2 所示。
[0026] 通過對比圖1、圖2可W發(fā)現(xiàn)，賴桿忍在經(jīng)歷了水熱炭化反應(yīng)后，原料的慢頭峰已消 失，產(chǎn)物炭微球在23 Γ附近的衍射峰變得尖銳了許多，峰值也有所增大，運(yùn)表示產(chǎn)物炭 微球的石墨化程度更高。
[0027] 采用SEM來觀察水熱碳材料的形貌，請見說明書附圖圖3所示。由說明書附圖圖3可 W看出，在最佳工藝條件下，制備的炭微球表面較光滑，粒徑大約在0.5ym-4wii之間。
[0028] 實(shí)施例2 PVP對水熱炭化的影響 表面活性劑能夠改善碳材料的形貌，提高炭微球的轉(zhuǎn)化率，改善碳材料的吸附性能。 [00巧]在最佳工藝條件下，向水熱反應(yīng)體系中分別加入0.5、0.875、1.5、2.0、4.0、6.0 g 的表面活性劑PVP，主要步驟是：向一定體積水中加入適量的PVP，攬拌均勻后加入一定量 的賴桿忍粉末，在最佳工藝條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)。利用所制備的碳材料處理1 mg/L的六價 銘標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用分光光度法測試其吸附性能，比較PVP的添加量對碳材料吸附性能的影 響。請見表1和說明書附圖圖4。
[0030]表1 PVP濃度對賴桿碳化的影響
[0031 ]圖4為不同表面活性劑PVP添加量對碳材料吸附性能的影響圖。
[0032]適當(dāng)添加表面活性劑能夠改善碳材料的吸附性能，從圖4中可W直觀的看出，隨著 表面活性劑PVP量的增加，碳材料對六價銘的吸附量先升高后降低，當(dāng)PVP添加量為4.0 g/ 35 mL時，獲得的炭微球吸附性能最好。
[0033] 對碳材料影響沈Μ表征 采用SEM來觀察PVP對水熱炭化反應(yīng)產(chǎn)物碳材料的形貌的影響，進(jìn)而研究賴桿忍在水熱 法制備生物質(zhì)碳材料過程中的表面活性劑PVP的作用和機(jī)理。所得SEM照片如說明書附圖圖 5所示。
[0034] 在同樣水熱條件下未加表面活性劑PVP的圖3和加入2 g/35 mL的表面活性劑 PVP的圖5相比較，加入PVP的圖5中炭微球表面粗糖，形成的炭球數(shù)量更多，炭微球?yàn)椴?規(guī)則的球形，比表面積更大，粒徑也更加均勻。運(yùn)可能是由于PVP的加入對炭微球表面起到 了修飾的作用，包裹炭微球的疏水基，裸露親水基，從而有效控制形貌。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 秸桿經(jīng)洗凈、烘干、球磨后得到秸桿芯粉末備用； (2) 將表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮溶解在去離子水中，然后加入秸桿芯粉末，混合均 勻后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，混合均勻，用鹽酸調(diào)節(jié)PH值，將水熱反應(yīng)釜密閉后置于烘箱中， 加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜冷卻至室溫； (3) 將反應(yīng)后的液體使用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水沖洗3~5次，于干 燥箱中干燥得到碳材料粉末。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（2)中， 猜桿芯粉末濃度為20~50 g/L。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（2)中水 熱反應(yīng)釜置于烘箱中，加熱溫度為160~250 °C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（2)中加 熱反應(yīng)時間為4~12小時。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（2)中用 鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2~10。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，聚乙烯吡咯烷 酮濃度為1~6 g/35 mL。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（3)中干 燥條件為80 °C條件下干燥12 h。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸桿芯碳材料的制備方法，其特征在于，步驟（3)中微 孔濾膜為50 mm*0.22 μL?ο
【文檔編號】C01B31/02GK105905885SQ201610270735
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】馬洪芳, 劉志寶, 張長存, 李玉亮
【申請人】山東建筑大學(xué)