一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115974076A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202310131070.X(22)申请日2023.02.17(71)申请人北京林业大学地址100083北京市海淀区清华东路35号(72)发明人母军何丹味王启航雒翠梅(74)专利代理机构北京市诚辉律师事务所11430专利代理师岳东升金银实(51)Int.Cl.C01B32/324(2017.01)B01J20/20(2006.01)B01J20/30(2006.01)C01B32/348(2017.01)C01B32/354(2017.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法及其应用(57)摘要本发明为解决当前传统活性炭制备工艺复杂、能耗大、孔隙结构差、表面官能团少、吸附效果不佳等问题，提出一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法。本发明以软木为原料，经过清洗、粉碎后与尿素混合，进行水热反应得到氮掺杂软木基生物炭；再将生物炭与碳酸钾混合，在真空管式炉中进行活化处理得到氮掺杂软木基活性炭。本发明以孔隙结构有序，化学组分均匀，可再生，价格低廉的废弃物软木为原料，采用绿色环保的水热氮掺杂和碳酸钾活化相结合的制备工艺，生产出的活性炭具有高比表面积、良好的层级多孔结构、丰富的表面官能团，其甲苯吸附量高达867.03mg/g，约为商业活性炭吸附量的21倍，在解决VOCs等环境问题上展现出巨大的工业化潜力。CN115974076ACN115974076A权利要求书1/1页1.一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法，包括以下步骤：步骤一、软木预处理：软木颗粒经洗涤、干燥、粉碎、筛分，得到一定尺寸的粉末状软木原料备用；步骤二、氮掺杂软木基生物炭的制备：将步骤一预处理过的粉末状软木置于一定浓度的尿素溶液中，搅拌均匀后倒入水热反应釜中，然后置于热处理设备中进行加热反应；待反应釜冷却后取出固体产物，清洗至中性pH值，烘干得到氮掺杂软木基生物炭；步骤三、氮掺杂软木基活性炭的制备：将步骤二制备的氮掺杂软木基生物炭与一定量的碳酸钾混合均匀，然后置于真空管式热解炉中加热活化，待冷却后取出固体产物，清洗至中性pH值，烘干得到氮掺杂软木基活性炭。2.根据权利要求1所述一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法，其特征在于：步骤一中干燥中，优选的，真空干燥、鼓风干燥、过热蒸汽干燥、高频干燥、微波干燥以及太阳能干燥；软木粉尺寸为20～100目。3.根据权利要求1所述一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法，其特征在于：步骤二中，尿素溶液的浓度为1％～10％；热处理设备中，优选的，鼓风干燥箱、马弗炉以及真空干燥箱；加热反应的温度为180℃～250℃；加热反应的时间为2h～8h。4.根据权利要求1所述一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法，其特征在于，步骤三中氮掺杂软木基生物炭与碳酸钾混合方式中，优选的，固体研磨混合法、液体浸渍混合法、真空浸渍混合法以及固体球磨混合法；生物炭与碳酸钾质量比为1：1‑6；活化温度为300℃～900℃；保温时间为0.5～2h；升温速率为2～10℃/min。2CN115974076A说明书1/3页一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法及其应用。背景技术[0002]当前，全球经济发展迅速，同时也带来了严重的环境问题，尤其是挥发性有机物(VOCs)。VOCs对生态环境和人类健康有严重危害。尤其是芳香族挥发性有机物，如甲苯，对人的肝脏和中枢神经系统造成创伤性损伤。活性炭因其具有较大的比表面积、易于改性、原料来源广泛、制备简单等优点对于除去VOCs极具竞争力。然而2019年ZhouKe等人发表《ExperimentalandDFTstudyontheadsorptionofVOCsonactivatedcarbon/metaloxidescomposites》文章，结果表明当前商业活性炭的比表面积仅934m2/g,甲苯吸附量仅达41mg/g。因此，如何在绿色环保的前提下，低成本地制备出高VOCs吸附性能的活性炭是至关重要的。[0003]生物质作为地表含量丰富的可再生资源常被用于制备活性炭，但大多数生物质孔隙结构无序和化学组成复杂，不利于其在热解过程中的孔隙结构发展，从而限制了生物质基活性炭对VOCs的高效吸附。如2019年Shen,YF等人发表的论文《Facilesynthesisofporouscarbonsfromsilica‑richricehuskcharforvolatileorganiccompounds(VOCs)sorption》，以稻壳为原材料制备的活性炭对甲苯吸附量仅有264mg/g。与此同时，