生物质活性炭及其制备方法、吸附剂以及电吸附装置与流程

本发明涉及一种生物质活性炭及其制备方法、吸附剂以及电吸附装置，特别涉及一种高比表面积生物质活性炭及其制备方法、吸附剂以及电吸附装置，属于木材应用领域。

背景技术：

1、在现有技术中，竹子是重要的森林资源，其生长速度快，仅3～4年便可成材竹材。竹材的工业化利用以造纸、纺织以及纤维增强复合材料为主，利用方式相对单一，且以竹纤维的利用为主，对于竹材中含量占比高的竹薄壁细胞常以废弃物的形式除去，不仅浪费资源，而且造成严重的环境污染。竹材资源丰富，但其利用率低、附加值低。

2、而活性炭的比表面积较大，吸附性强，已经广泛地应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制和军事化学防护等各个领域。传统的活性炭主要以优质煤为原料，成本较高。为了降低成本，同时节约能源、保护生态环境，开发以可再生资源为原料的活性炭具有重要的现实意义。

3、在现有技术中，一般会使用木质材料、竹质材料或者各种果实的果壳等整体或者提取出来纤维素或者木质素作为碳源。对于木质材料可以为各种树木的树干或树根，优选使用树干中的芯材。对于竹质材料，可以为散生型、丛生型和混生型的各种竹材，例如翠竹、黄竹、紫竹、墨竹、斑竹、苦竹、甜竹、桂竹、龙竹、方竹、毛竹等。但是，使用竹材制备得到的活性炭的比表面积依然较低，不能达到工业要求。

4、引用文献1公开了一种木质活性炭的生产工艺，包括以下步骤：(1)准备原料、(2)对原料进行碳化处理、(3)粉碎、检验、包装入库，本发明充分运用了木材、木屑、树根、果核、果壳等植物资源、拓宽了活性炭原料的来源渠道，降低了活性炭的原料成本，并且该活性炭制备方法简便、耗时较短，制成的活性炭成品品质较高。但该文献没有对所得到的活性炭的吸附行为作出进一步的研究。

5、引用文献2提供了一种改性活性炭的制备方法，将木质素活性炭在过氧化氢中浸泡，然后将活性炭粉与强碱溶液混合，在氧化气氛下进行活化得到改性活性炭前驱体，然后与强酸溶液混合，处理后得到产品。该方法制备得到的改性活性炭孔隙率提高，具有较大的比表面积，但其改性活性炭的比表面积均小于2500m2/g。该比表面积仍然较低，无法满足所需的吸附要求。

6、引用文献：

7、引用文献1：cn 108928818 a

8、引用文献2：cn 108439405 a

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明首先提供一种生物质活性炭，本发明的生物质活性炭的比表面积大，具有优异的吸附性能。

3、进一步地，本发明还提供一种生物质活性炭的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

4、用于解决问题的方案

5、本发明提供一种生物质活性炭，其中，所述生物质活性炭由竹薄壁细胞活化后形成；

6、所述生物质活性炭具有多个层状结构，且所述层状结构的表面和/或内部具有多个纳米孔结构；并且，

7、所述生物质活性炭的比表面积为2500m2/g以上，优选为3000m2/g以上。

8、根据本发明所述的生物质活性炭，其中，以所述生物质活性炭的总质量为100％计，所述生物质活性炭的碳含量为70-90％，氧含量为10-30％；和/或

9、所述生物质活性炭具有类石墨状微晶结构；和/或

10、所述生物质活性炭具有芳香结构。

11、根据本发明所述的生物质活性炭，其中，所述生物质活性炭的平均孔径为5nm以下；所述生物质活性炭的孔体积为1cm3/g以上；所述生物质活性炭的孔隙率为50％以上。

12、本发明还提供一种根据本发明所述的生物质活性炭的制备方法，其包括以下步骤：

13、将竹片分离为竹薄壁细胞和竹纤维；

14、对竹薄壁细胞进行炭化处理，得到炭化竹薄壁细胞；

15、对炭化竹薄壁细胞进行碱处理，得到碱处理的炭化竹薄壁细胞；

16、对碱处理的炭化竹薄壁细胞进行活化处理，得到活化处理产物。

17、根据本发明所述的制备方法，其中，所述竹片分离是将竹片浸渍于分离溶液中进行分离的，优选地，所述分离溶液包括naclo2溶液、naoh溶液、过氧甲酸溶液、过氧化氢溶液中的一种或两种以上的组合。

18、根据本发明所述的制备方法，其中，所述炭化中的升温速率为1～20℃/min，最终升温至400～600℃，并保温10～200min；和/或

19、所述活化处理中升温速率为1～20℃/min，最终升温至600～900℃，活化时间1～4小时。

20、根据本发明所述的制备方法，其中，所述碱处理为将所述炭化竹薄壁细胞浸渍于碱溶液中，所述碱溶液中的碱选自碱金属氢氧化物中的一种或多种，所述碱溶液中的溶剂选自有机溶剂、水或者它们的混合物；优选地，所述碱与所述炭化竹薄壁细胞的质量比为8:1以下。

21、根据本发明所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括，对所述活化处理产物进行的后处理的步骤，优选地，所述后处理包括中和处理，所述中和处理为使用酸性溶液与所述活化处理后的炭化物接触，所述酸性溶液优选为浓度为0.01～10mol/l的盐酸。

22、本发明还提供一种吸附剂，其包括根据本发明所述的生物质活性炭或者根据本发明所述的制备方法制备得到的生物质活性炭。

23、本发明还提供一种电化学装置，其包括根据本发明所述的生物质活性炭或者根据本发明所述的制备方法制备得到的生物质活性炭。

24、发明的效果

25、本发明的生物质活性炭的比表面积大，具有优异的吸附性能和电化学性能。

26、进一步地，物质活性炭的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

技术特征：

1.一种生物质活性炭，其特征在于，所述生物质活性炭由竹薄壁细胞活化后形成；

2.根据权利要求1所述的生物质活性炭，其特征在于，以所述生物质活性炭的总质量为100％计，所述生物质活性炭的碳含量为70-90％，氧含量为10-30％；和/或

3.根据权利要求1或2所述的生物质活性炭，其特征在于，所述生物质活性炭的平均孔径为5nm以下；所述生物质活性炭的孔体积为1cm3/g以上；所述生物质活性炭的孔隙率为50％以上。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的生物质活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述竹片分离是将竹片浸渍于分离溶液中进行分离的，优选地，所述分离溶液包括naclo2溶液、naoh溶液、过氧甲酸溶液、过氧化氢溶液中的一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述炭化中的升温速率为1～20℃/min，最终升温至400～600℃，并保温10～200min；和/或

7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碱处理为将所述炭化竹薄壁细胞浸渍于碱溶液中，所述碱溶液中的碱选自碱金属氢氧化物中的一种或多种，所述碱溶液中的溶剂选自有机溶剂、水或者它们的混合物；优选地，所述碱与所述炭化竹薄壁细胞的质量比为8:1以下。

8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括，对所述活化处理产物进行的后处理的步骤，优选地，所述后处理包括中和处理，所述中和处理为使用酸性溶液与所述活化处理后的炭化物接触，所述酸性溶液优选为浓度为0.01～10mol/l的盐酸。

9.一种吸附剂，其包括根据权利要求1-3任一项所述的生物质活性炭或者根据权利要求4-8任一项所述的制备方法制备得到的生物质活性炭。

10.一种电化学装置，其包括根据权利要求1-3任一项所述的生物质活性炭或者根据权利要求4-8任一项所述的制备方法制备得到的生物质活性炭。

技术总结本发明涉及一种生物质活性炭及其制备方法、吸附剂以及电吸附装置。所述生物质活性炭由竹薄壁细胞活化后形成；所述生物质活性炭具有多个层状结构，且所述层状结构的表面和/或内部具有多个纳米孔结构；并且，所述生物质活性炭的比表面积为2500m2/g以上，优选为3000m2/g以上。本发明的生物质活性炭的比表面积大，具有优异的吸附性能和电化学性能。进一步地，物质活性炭的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。技术研发人员：黄宇翔,刘志高,余养伦,夏尧,林鹏受保护的技术使用者：中国林业科学研究院木材工业研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/29