本发明涉及活性炭制备技术领域，特别涉及一种制备活性炭的方法及活性炭。
背景技术：
现有技术中，秸秆是农业生产的附带产品，作为农业生产大国，我国每年的秸秆产量可以达到7亿～8亿吨，加上林业废弃物如竹枝、木屑、园林绿化修剪物等，年产农林废弃物达10亿吨以上。四川作为全国农业大省，每年产生的农林废弃物达上亿吨。每到夏熟秋收，各地就不断传来焚烧秸秆的信息，城市被灰霾笼罩，空气中出现大量的PM2.5悬浮物等物质，能见度急剧下降，造成出行困难。秸秆焚烧屡禁不止，要解决秸秆焚烧的问题，应该提前为秸秆找到出路，让更多的废物变成资源。目前农林废弃物资源的用途主要用于秸秆还田、秸秆饲料、燃料等方面，但由于存在秸秆运输不便、分散难收集、处理技术落后等原因综合利用率不到50％，剩余的废弃物被焚烧或丢弃，不仅影响了农村的卫生环境，农林废弃物焚烧还造成了巨大的环境污染。
因此，如何提高秸秆的利用率，遏制秸秆焚烧引起的环境污染成为一种必需。
CN 105502381 A公开了一种制备活性炭的方法及活性炭，其方法包括如下步骤：物料粉碎；物料成型；物料碳化；物料冷却；炭块破碎；炭块活化；酸洗；水洗和干燥。为现有技术提供了一种以绿色环保的方式处理农林废弃物的新途径，并能进一步获得具有经济效益的活性炭产品。但是其得到的产品的含水量高，为8～10％，而且活性炭的吸附效果也较差，有待进一步提高。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种制备活性炭的方法及活性炭，通过本发明所述方法可制备得到具有优异的吸附性能以及低含水量的活性炭，活性炭的含水量在5～7％，活性炭的碘吸附值在1350mg/g以上，亚甲基蓝吸附值为17mL以上。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种制备活性炭的方法，包括如下步骤：
(1)物料粉碎：通过物料切碎装置将植物根、茎或叶粉碎为长度不超过8cm的段状物料；
(2)物料活化：将步骤(1)得到的段状物料进行化学活化；
(3)物料成型：通过物料成型装置将上述化学活化后的段状物料进行物料成型，得到块状物料；
(4)物料炭化：通过炭化炉将上述块状物料炭化为炭块；
(5)物料冷却：将上述炭块冷却至15～25℃；
(6)炭块破碎：将冷却后的炭块破碎至直径小于2cm的不定型颗粒状炭块；
(7)炭块活化：在900～950℃温度下通过水蒸气将上述不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品；
(8)酸洗：通过酸洗装置将上述活性炭粗品酸煮；
(9)水洗：通过水洗装置将酸洗后的活性炭水洗至PH值中性；
(10)干燥：将水洗后获得的活性炭干燥后获得活性炭成品。
本发明的步骤(1)中，粉碎得到的段状物料的长度不超过8cm，例如可为7cm、6cm、5cm、4cm、3cm、2cm、或1cm等，优选为4～6cm。
优选地，所述步骤(2)中，所述化学活化中使用的活化剂为磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌和三乙醇胺的混合物。
进一步优选地，所述活化剂中，磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌、三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯的质量比为(15-25)：(10-15)：(5-8)：(1-1.5)：(0.5-1)，例如可为15:15:6:1.5:1、18:12:5:1:0.5、20:13:6:1:0.8或25:15:8:1.5:0.8等，优选为25:12:7:1.5:1。
优选地，所述步骤(4)中，所述炭化温度为600～700℃，例如可为600℃、620℃、650℃、675℃、700℃等。
优选地，所述步骤(4)中，所述炭化的时间为3-5小时，例如可为3小时、4小时或5小时等。
优选地，所述不定型颗粒状炭块的尺寸小于1.5X1X1cm。
优选地，所述植物根、茎为秸秆。
第二方面，本发明提供一种活性炭，所述活性炭由如第一方面所述的方法制得。
优选地，所述活性炭成品含水量为5～7％，例如可为5％、6％、6.5％或7％等。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过采用合适的活化剂对粉碎得到的段状物料进行化学活化，对段状物料有非常好的脱水性，还可以显著提高段状物料中的纤维素分子的溶解程度，促进纤维素分子之间键合的瓦解，有利于构建具有介孔和大孔结构的炭化前驱体。本发明的方法进一步调节后续炭化过程中的炭化温度炭化时间和活化温度等参数，最终制备得到了具有优异的吸附性能以及低含水量的活性炭。本发明的活性炭的含水量在5～7％，本发明的活性炭的碘吸附值在1350mg/g以上，亚甲基蓝吸附值为17mL以上。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备活性炭的方法的生产流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例中所选用的主要设备的名称，型号及生产厂家如下：
物料切碎装置——秸秆切碎机，cx-1，四川耀农机电科技有限公司；
成型装置——秸秆环模成型机，YL-0.5，四川耀农机电科技有限公司；
炭化炉——纳博热电阻炭化炉，B180，德国纳博热工业炉公司；
活化炉——HRY-05，四川仁源锅炉设备有限公司；
水蒸气发生器——全自动电加热水蒸气发生器，WT-0.5，上海威田服装机械有限公司；
酸洗装置——酸洗罐，PP-0.5m3，四川仁源锅炉设备有限公司；
水洗装置——水洗罐，PP-0.5m3，四川仁源锅炉设备有限公司；
热风连续干燥装置——连续热风干燥装置，RY-1.5，四川仁源锅炉设备有限公司。
实施例1：
一种制备活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)物料粉碎：通过物料切碎装置将植物根、茎或叶粉碎为长度为7cm的段状物料；
(2)物料活化：将步骤(1)得到的段状物料进行化学活化；
(3)物料成型：通过物料成型装置将上述化学活化后的段状物料；
(4)物料炭化：通过炭化炉将上述块状物料在600℃炭化5小时；
(5)物料冷却：将上述炭块冷却至15～25℃；
(6)炭块破碎：将冷却后的炭块破碎至直径小于2cm的不定型颗粒状炭块；
(7)炭块活化：在900℃温度下通过水蒸气将上述不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品；
(8)酸洗：通过酸洗装置将上述活性炭粗品酸煮；
(9)水洗：通过水洗装置将酸洗后的活性炭水洗至PH值中性；
(10)干燥：将水洗后获得的活性炭干燥后获得活性炭成品；
其中，所述化学活化中使用的活化剂为磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌和三乙醇胺的混合物，且磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌、三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯的质量比为15:15:6:1.5:1。
经检测，本实施例得到的活性炭的含水量在7％。本发明的活性炭的碘吸附值在1400mg/g，亚甲基蓝吸附值为19mL。
实施例2：
一种制备活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
将晾晒干燥水分在16～22％范围内的农林废弃物由人工送入切碎装置，切碎成长度在1cm的段状物料，碎料得到的段状物料经皮带输送机输送到成型装置的料仓；控制进料速度，使碎料挤压成块状；块状物料由皮带输送机输送到炭化炉料仓；成型块状物料间歇进入炭化炉，在炭化炉灶中经700℃温度炭化3小时成炭块；将炭块经水冷系统冷却至常温后由皮带输送机输送到破碎机进料口，炭块经破碎筛分成1.5*1*1大小的不定型颗粒；将不定型颗粒由斗式提升机提升到活化炉料仓，经螺旋输送机输送入物理法活化转炉，通过物理法活化转炉在950℃温度下，以水蒸汽作活化剂，活化成活性炭粗品；将活性炭粗品由皮带输送机间歇输送至酸洗装置，经酸洗装置进行酸煮去除灰分；再进一步经水洗装置将活性炭洗至中性；将已经洗涤至中性的湿活性炭经皮带输送机输送到热风连续干燥装置进料口，控制进料速度，使干燥后的活性炭保持水分在6.5％，干燥后经检验合格包装即成活性炭产品。
其中，所述化学活化中使用的活化剂为磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌和三乙醇胺的混合物，且磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌、三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯的质量比为25:10:8:1:1。
经检测，本实施例得到的活性炭的含水量在6％。本发明的活性炭的碘吸附值在1450mg/g，亚甲基蓝吸附值为20mL。
实施例3：
一种制备活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)物料粉碎：通过物料切碎装置将植物根、茎或叶粉碎为长度为5cm的段状物料；
(2)物料活化：将步骤(1)得到的段状物料进行化学活化；
(3)物料成型：通过物料成型装置将上述化学活化后的段状物料；
(4)物料炭化：通过炭化炉将上述块状物料在650℃炭化4小时；
(5)物料冷却：将上述炭块冷却至15～25℃；
(6)炭块破碎：将冷却后的炭块破碎至直径小于2cm的不定型颗粒状炭块；
(7)炭块活化：在920℃温度下通过水蒸气将上述不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品；
(8)酸洗：通过酸洗装置将上述活性炭粗品酸煮；
(9)水洗：通过水洗装置将酸洗后的活性炭水洗至PH值中性；
(10)干燥：将水洗后获得的活性炭干燥后获得活性炭成品；
其中，所述化学活化中使用的活化剂为磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌和三乙醇胺的混合物，且磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌、三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯的质量比为25:11:7:1.5:1。
经检测，本实施例得到的活性炭的含水量在5％。本发明的活性炭的碘吸附值在1600mg/g，亚甲基蓝吸附值为25mL。
实施例4
一种制备活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)物料粉碎：通过物料切碎装置将植物根、茎或叶粉碎为长度为4cm的段状物料；
(2)物料活化：将步骤(1)得到的段状物料进行化学活化；
(3)物料成型：通过物料成型装置将上述化学活化后的段状物料；
(4)物料炭化：通过炭化炉将上述块状物料在660℃炭化3.5小时；
(5)物料冷却：将上述炭块冷却至15～25℃；
(6)炭块破碎：将冷却后的炭块破碎至直径小于2cm的不定型颗粒状炭块；
(7)炭块活化：在925℃温度下通过水蒸气将上述不定型颗粒状炭块活化为活性炭粗品；
(8)酸洗：通过酸洗装置将上述活性炭粗品酸煮；
(9)水洗：通过水洗装置将酸洗后的活性炭水洗至PH值中性；
(10)干燥：将水洗后获得的活性炭干燥后获得活性炭成品；
其中，所述化学活化中使用的活化剂为磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌和三乙醇胺的混合物，且磷酸氢二铵、碳酸氢钠、氯化锌、三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯的质量比为16:13:5:1.5:0.5。
经检测，本实施例得到的活性炭的含水量在6.5％。本发明的活性炭的碘吸附值在1500mg/g，亚甲基蓝吸附值为22mL。
需要说明的是，本实施例中的所述农林废弃物为植物的枯敗的根茎叶，优选为农田里的秸秆。此外，由于可用于制备本发明所述活性炭的设备不限于本实施例中所列举的相关设备，故凡是能够在每一加工步骤中能达到同样或更优加工效果的加工设备均应落入本发明的保护范围。
本发明可以实现将不同原料混合处理，对难成型的秸秆采用添加适当助剂下，完成成型制块。极大的拓宽了成型机械的适应范围，扩大了原料范围。由于农林废弃物的固定炭含量普遍偏低，比如各种树叶，如直接炭化，基本得到的是灰，炭得率低。通过成型挤压，大大降低了原料堆积空间，压块后的秸秆，其硬度甚至优于木材，也就较好的保留各种组分中固定炭。采用先成型后炭化，可以提高农林废弃物20％炭化得率。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。