一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及泡沫炭制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)首先以柏樹葉為原料制得活性炭，將硅酸鈉制成納米二氧化硅，納米二氧化硅結(jié)合在樟樹葉活性炭的表面，再以竹篾為原料得到竹炭纖維，將竹炭纖維與樟樹葉活性炭混合高溫碳化即得高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭，樟樹葉活性炭孔徑均勻，并且吸附率高，二氧化硅呈絮狀和網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)，結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭可以作為生物質(zhì)基泡沫炭的模板，加入竹炭纖維使得泡沫炭的韌性、抑菌、抗紫外線性能提升，竹炭纖維結(jié)合到樟樹葉活性炭的孔隙中，即得高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭，具有廣闊的應(yīng)用前景。

Preparation method of high toughness and high adsorption biomass based foamed carbon

The invention relates to the technical field of preparation of foamed carbon, in particular to a preparation method of high toughness and high adsorption biomass based foamed carbon. The invention first uses cypress leaves as raw materials to produce activated carbon, and sodium silicate is made into nano silica, and nano silica is bonded to the surface of activated carbon on the leaves of Cinnamomum camphora leaves, and then bamboo charcoal fibers are taken as raw materials to obtain bamboo charcoal fibers. The high carbon fiber and camphor leaves active carbon are mixed and carbonized at high temperature to obtain high toughness and high adsorption biomass based carbon foams, and the activated carbon of Cinnamomum camphora leaves has uniform pore size and high adsorption rate. The silica is flocculant and reticulated quasi granular structure. The activated carbon with camphor leaf activated by nano silica can be used as a template for biomass based carbon foam. The addition of bamboo charcoal fiber enhances the toughness, bacteriostatic and anti ultraviolet properties of the foamed carbon, and the bamboo charcoal fiber is bonded to the pores of activated carbon in the leaves of camphor tree. Application prospects.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法
本專利技術(shù)涉及泡沫炭制備
，具體涉及一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法。
技術(shù)介紹
泡沫炭是一種由孔泡和相互連接的孔泡壁組成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔材料，具有低密度、高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱導(dǎo)電、抗沖擊、吸波、降噪、耐化學(xué)腐蝕、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用航空航天，火箭輪船等領(lǐng)域，諸如航空航天器和衛(wèi)星的熱轉(zhuǎn)移交換系統(tǒng)、火箭的抗沖擊和減噪發(fā)射平臺、化工廠的大型熱交換器和計算機(jī)器件的小型排熱器件，另外，還可應(yīng)用于催化劑載體、氣體吸附劑、過濾裝置、生物材料等領(lǐng)域，因此對泡沫炭的研究有著非常重要的意義。20世紀(jì)90年代以前的泡沫炭基本上是以樹脂為前驅(qū)體，而到90年代出現(xiàn)了新一代泡沫炭，其研究方向主要集中于用瀝青和煤作為前驅(qū)體替代樹脂制備泡沫炭。其制造工藝往往要求高溫高壓，或加入發(fā)泡劑，或加入模板等人為的造泡制備泡沫炭。以石油基材料作為熱固性樹脂的預(yù)聚，泡沫炭難降解，泡沫炭孔隙率低，且炭化固化步驟繁瑣、制備成本高。酚醛樹脂制備的泡沫炭在高壓卸氣或高溫炭化過程中容易破裂，導(dǎo)致泡沫炭的整體結(jié)構(gòu)難以控制，尤其是制備大顆粒泡沫炭，且制備過程中用到部分氟氯烴化合物發(fā)泡劑，對環(huán)境及設(shè)備具有較大危害，且泡沫炭難以降解，環(huán)境污染大。隨著能源危機(jī)的加劇，迫切需要尋找新的可再生能源來作為替代品。生物質(zhì)是有效的可再生能源，使用果殼、果核、木屑或其他生物質(zhì)直接熱解的方法可制備炭材料，生物質(zhì)基泡沫炭具有原輔助材料價廉易得、加工工序簡單、制作成本低、無毒、生物可降解性強(qiáng)，環(huán)境友好等特點(diǎn)。但生物質(zhì)基泡沫炭同時又存在強(qiáng)度差，質(zhì)脆易碎、孔徑不均勻，孔隙率低、吸附能力弱等缺陷，限制了其使用范圍。因此，研制一種孔徑均勻，結(jié)構(gòu)缺陷少且對環(huán)境無污染的泡沫炭制備技術(shù)，一直是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要解決的技術(shù)問題，針對目前存在的生物質(zhì)基泡沫炭質(zhì)脆易碎、孔徑不均勻，孔隙率低、吸附能力弱的缺陷，提供了一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：(1)將樟樹葉、磷酸溶液混合均勻后倒入炭化爐中，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下，以10℃/min的速率程序升溫至600～800℃，炭化反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水將產(chǎn)物清洗至中性后放入烘箱中，在溫度為130～150℃的條件下，干燥60～90min，得到干燥物，將干燥物放入研磨機(jī)中，研磨2～3h，研磨結(jié)束后過150目篩，得到樟樹葉活性炭；(2)將上述樟樹葉活性炭與硅酸鈉溶液混合后倒入燒杯中，再向燒杯中加入鹽酸溶液直至溶液pH為4～5，得到混合液，將混合液放入加熱裝置中，在溫度為60～70℃環(huán)境下，加熱反應(yīng)1～2h，反應(yīng)結(jié)束后，即得結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭；(3)取竹篾切成短料，轉(zhuǎn)入蒸汽爆破裝置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入預(yù)熱至220～260℃的蒸汽，直至汽爆罐中壓力達(dá)2.2～2.6MPa，保壓30～50s后，打開汽爆罐出料閥門，使汽爆罐中物料瞬間噴射進(jìn)入接收罐中，收集接收罐中物料，得到氣泡竹纖維，將氣泡竹纖維放入碳化爐中炭化，待其冷卻至室溫后過100目篩，得到竹炭纖維；(4)將上述竹炭纖維和備用的結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭混合后放入攪拌儀中，在溫度為40～50℃的條件下，攪拌反應(yīng)1～2h，得到攪拌物；(5)將上述制得的攪拌物放入高溫炭化爐中，在氬氣保護(hù)下以6℃/min的速率程序升溫至300～400℃并保溫60～90min，再以8℃/min的速率程序升溫至800～900℃，保溫炭化4～6h后，出料即得高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭。步驟(1)所述的樟樹葉、磷酸溶液的質(zhì)量比為1︰2，磷酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％。步驟(2)所述的上述樟樹葉活性炭與硅酸鈉溶液的質(zhì)量比為1︰2，硅酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，鹽酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％。步驟(3)所述的碳化爐內(nèi)的溫度為700～800℃，炭化時間為1～2h。步驟(4)所述的上述竹炭纖維和備用的結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭的質(zhì)量比為1︰2。本專利技術(shù)的有益效果是：(1)本專利技術(shù)首先以樟樹葉為原料，采用磷酸活化法制備樟樹葉活性炭，硅酸鈉在酸性條件下反應(yīng)可以制得原硅酸沉淀，將制得的原硅酸溶液加熱反應(yīng)生成納米二氧化硅，使得納米二氧化硅結(jié)合在樟樹葉活性炭的表面，再以竹篾為原料，高溫碳化得到竹炭纖維，將竹炭纖維與樟樹葉活性炭混合高溫碳化即得高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭，本專利技術(shù)首先以樟樹葉為原料，采用磷酸活化法制備樟樹葉活性炭，樟樹葉活性炭孔徑均勻，并且吸附率高，硅酸鈉在酸性條件下反應(yīng)可以制得原硅酸沉淀，將制得的原硅酸溶液加熱反應(yīng)生成納米二氧化硅，使得納米二氧化硅結(jié)合在樟樹葉活性炭的表面，二氧化硅呈絮狀和網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)，結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭可以作為生物質(zhì)基泡沫炭的模板，竹炭纖維韌性好、耐磨性好，具有天然抗菌、抑菌、抗紫外線的功能，它的加入使得泡沫炭的韌性、抑菌、抗紫外線性能提升，將竹炭纖維和結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭混合攪拌，使得竹炭纖維結(jié)合到樟樹葉活性炭的孔隙中，增加了樟樹活性炭內(nèi)部孔隙中的褶皺，提高了活性炭孔隙的比表面積，使得樟樹葉活性炭吸附性增強(qiáng)，得到攪拌物，將攪拌物在氬氣的保護(hù)下高溫炭化即得高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭，具有廣闊的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式將樟樹葉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的磷酸溶液按質(zhì)量比為1︰2混合均勻后倒入炭化爐中，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下，以10℃/min的速率程序升溫至600～800℃，炭化反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水將產(chǎn)物清洗至中性后放入烘箱中，在溫度為130～150℃的條件下，干燥60～90min，得到干燥物，將干燥物放入研磨機(jī)中，研磨2～3h，研磨結(jié)束后過150目篩，得到樟樹葉活性炭；將上述樟樹葉活性炭與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的硅酸鈉溶液按質(zhì)量比為1︰2混合后倒入燒杯中，再向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的鹽酸溶液直至溶液pH為4～5，得到混合液，將混合液放入加熱裝置中，在溫度為60～70℃環(huán)境下，加熱反應(yīng)1～2h，反應(yīng)結(jié)束后，即得結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭；取竹篾切成短料，轉(zhuǎn)入蒸汽爆破裝置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入預(yù)熱至220～260℃的蒸汽，直至汽爆罐中壓力達(dá)2.2～2.6MPa，保壓30～50s后，打開汽爆罐出料閥門，使汽爆罐中物料瞬間噴射進(jìn)入接收罐中，收集接收罐中物料，得到氣泡竹纖維，將氣泡竹纖維放入碳化爐中，在溫度為700～800℃的條件下，炭化1～2h，待其冷卻至室溫后過100目篩，得到竹炭纖維；將上述竹炭纖維和備用的結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭按質(zhì)量比為1︰2混合后放入攪拌儀中，在溫度為40～50℃的條件下，攪拌反應(yīng)1～2h，得到攪拌物；將上述制得的攪拌物放入高溫炭化爐中，在氬氣保護(hù)下以6℃/min的速率程序升溫至300～400℃并保溫60～90min，再以8℃/min的速率程序升溫至800～900℃，保溫炭化4～6h后，出料即得高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭。實(shí)例1將樟樹葉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的磷酸溶液按質(zhì)量比為1︰2混合均勻后倒入炭化爐中，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下，以10℃/min的速率程序升溫至600℃，炭化反應(yīng)2h，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：(1)將樟樹葉、磷酸溶液混合均勻后倒入炭化爐中，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下，以10℃/min的速率程序升溫至600～800℃，炭化反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水將產(chǎn)物清洗至中性后放入烘箱中，在溫度為130～150℃的條件下，干燥60～90min，得到干燥物，將干燥物放入研磨機(jī)中，研磨2～3h，研磨結(jié)束后過150目篩，得到樟樹葉活性炭；(2)將上述樟樹葉活性炭與硅酸鈉溶液混合后倒入燒杯中，再向燒杯中加入鹽酸溶液直至溶液pH為4～5，得到混合液，將混合液放入加熱裝置中，在溫度為60～70℃環(huán)境下，加熱反應(yīng)1～2h，反應(yīng)結(jié)束后，即得結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭；(3)取竹篾切成短料，轉(zhuǎn)入蒸汽爆破裝置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入預(yù)熱至220～260℃的蒸汽，直至汽爆罐中壓力達(dá)2.2～2.6MPa，保壓30～50s后，打開汽爆罐出料閥門，使汽爆罐中物料瞬間噴射進(jìn)入接收罐中，收集接收罐中物料，得到氣泡竹纖維，將氣泡竹纖維放入碳化爐中炭化，待其冷卻至室溫后過100目篩，得到竹炭纖維；(4)將上述竹炭纖維和備用的結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭混合后放入攪拌儀中，在溫度為40～50℃的條件下，攪拌反應(yīng)1～2h，得到攪拌物；(5)將上述制得的攪拌物放入高溫炭化爐中，在氬氣保護(hù)下以6℃/min的速率程序升溫至300～400℃并保溫60～90min，再以8℃/min的速率程序升溫至800～900℃，保溫炭化4～6h后，出料即得高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高韌性高吸附型生物質(zhì)基泡沫炭的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：(1)將樟樹葉、磷酸溶液混合均勻后倒入炭化爐中，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下，以10℃/min的速率程序升溫至600～800℃，炭化反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水將產(chǎn)物清洗至中性后放入烘箱中，在溫度為130～150℃的條件下，干燥60～90min，得到干燥物，將干燥物放入研磨機(jī)中，研磨2～3h，研磨結(jié)束后過150目篩，得到樟樹葉活性炭；(2)將上述樟樹葉活性炭與硅酸鈉溶液混合后倒入燒杯中，再向燒杯中加入鹽酸溶液直至溶液pH為4～5，得到混合液，將混合液放入加熱裝置中，在溫度為60～70℃環(huán)境下，加熱反應(yīng)1～2h，反應(yīng)結(jié)束后，即得結(jié)合了納米二氧化硅的樟樹葉活性炭；(3)取竹篾切成短料，轉(zhuǎn)入蒸汽爆破裝置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入預(yù)熱至220～260℃的蒸汽，直至汽爆罐中壓力達(dá)2.2～2.6MPa，保壓30～50s后，打開汽爆罐出料閥門，使汽爆罐中物料瞬間噴射進(jìn)入接收罐中，收集接收罐中物料，得到氣泡竹纖維，將氣泡竹纖維放入碳化爐中炭化，待其冷卻至室溫后過100目篩，得到竹炭纖維；(4)將上述竹炭纖維和備用的結(jié)合了納米二...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：雷春生，陳珺，趙金晶，丁春美，
申請(專利權(quán))人：常州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32