CN1765739A - 一种资源化紫茎泽兰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种资源化紫茎泽兰的方法，将紫茎泽兰破碎至≤3mm后，用水与紫茎泽兰破碎料按质量比为3～6∶1，碳酸钾或氯化锌固体与紫茎泽兰破碎料按质量比为0.5～4∶1混合后，进行超声波处理，然后进行微波辐射加热、酸洗、水洗、烘干，得到产品活性炭。利用超声波的空化作用和超混合搅拌的优点，对混合料进行超声波处理，采用微波辐射进行加热活化，使炭内产生大量活性炭点，有效的促进了孔隙的形成，提高了活性炭的吸附性能和得率，将预热、干燥、炭化和活化四个阶段整合为一个过程，降低了能耗，提高了活化效率，得到的活性炭吸附性能超过木质活性炭国家一级标准，有效的利用了紫茎泽兰，变害为利，为紫茎泽兰资源化找到了一种切实有效的处理方法。

Description

一种资源化紫茎泽兰的方法

一、技术领域：化工方法制备活性炭领域。

二、背景技术：紫茎泽兰为一种菊科泽兰属多年生草本植物，是一种世界性的恶性有毒杂草，俗称飞机草、魔鬼草。原产于墨西哥，于上世纪四十年代经澳大利亚进入我国南部，现已广泛分布于云南、海南、广西、贵州、西藏、四川等省。紫茎泽兰具有生态适应范围广、生长速度快、繁殖力强、群居性高、侵占性和抗逆性强、大量消耗土壤肥力等特性，能在短时间内大量繁殖，形成密集成丛的单优植物群落，造成许多植物生长缓慢，有些物种甚至濒临灭绝，以及粮食、优质牧草等大面积减产，导致了特殊的“绿色污染”及“生态灾难”。同时，紫茎泽兰含有萜类、香豆素、甙类等有毒物质，常使马、牛、羊等放牧家畜误食中毒甚至死亡。紫茎泽兰给所到之地的农业、牧业及林业等造成了难以挽回的巨大损失。对紫茎泽兰进行有效的开发利用，变害为利，也就具有重大的意义。

公知的对紫茎泽兰的处理方法主要有：

刘世贵等在申请号为02128010.x的专利中公开了“泽兰碱杀虫剂及其制备方法”，该法是将紫茎泽兰清洗、粉碎、有机溶剂或水混合浸泡、提取、过滤、萃取、层析、浓缩至流浸膏状的泽兰碱提取物，获得产物。并将泽兰碱提取物制成泽兰碱杀虫剂产品。

朱兆云等在申请号为03132977.2的专利中公开了“治疗失眠症的药物”，该法是提取紫茎泽兰中的水、醇、醚、醋酸乙酪、氯仿等，由其提取物与药用辅料制备而成的医学上可接受的口服制剂，制剂具有镇静作用，催眠作用，对神经衰弱、失眠有明显的改善作用。

洪焰泉等在申请号为02133712.8的专利中公开了“紫茎泽兰刨花板的制备方法”，该法由紫茎泽兰经预处理，刨片，干燥，调胶、施胶，铺装，热压成型，后处理工艺制得紫茎泽兰刨花板。

欧阳华等在申请号为02133441.2的专利中公开了“紫茎泽兰生物有机肥的制备方法”，该法是以紫茎泽兰为原料，通过粗粉碎，脱毒处理，发酵，干燥，粉碎，得到生物有机肥产品。

欧阳华等在申请号为02113759.5的专利中公开了“紫茎泽兰饲料的制备方法”，该法是以紫茎泽兰为原料，经过微生物发酵脱毒和中药解毒的综合处理，再干燥，粉碎即制得畜禽饲料。

本申请人在专利号为ZL93114637.2，名为《微波辐射法制造粉状活性炭》中公开了一种利用木屑制备粉状活性炭的方法，该法原料配比为木屑100份，磷酸200-300份，磷酸浓度25-81％，浸渍时间12小时以上；木屑与氯化锌的配比为木屑100份，氯化锌为200-300份，氯化锌浓度为8-65％，浸渍时间12小时以上；加热方式为微波辐射，微波频率2450MHz，辐射时间5-15分钟，辐射温度600-900℃。辐射后产物经酸洗、烘干、粉碎、筛分得到活性炭产品。该法是木屑为原料，原料价格高，并且是以森林资源砍伐的巨大代价。该法所设定的工艺过程及参数是针对木屑这一特定原料做出的。

本申请人在专利号为ZL02113270.4，名称为《微波辐射烟杆固体废弃物制备活性炭的方法》中公开了一种利用烟杆固体废弃物制备活性炭的方法，该法是将烟杆固体废弃物粉碎至长度为1-15mm；将纯度为98％的工业级氯化锌配成重量百分浓度为50％的氯化锌水溶液；混合浸渍时原料烟杆和氯化锌水溶液的质量比为1∶3.5-5，浸渍时间8-10小时；用微波加热后用36％盐酸加水配成10％的盐酸水溶液进行酸洗5-10小时，然后pH达到7；在100-120℃下干燥5-10小时。该法设定的工艺路线及参数只适合烟杆固体废弃物这一特定的原料。

宁平等在申请号为200410022085.x，名称为《一种用褐煤渣生产活性炭的方法》中公开了一种用褐煤渣生产活性炭的方法，该法是将含碳量在28％以上的褐煤渣粉碎至粒度小于0.18mm；浸渍过程中褐煤渣与苛性钾的质量比为0.8-1.2，苛性钾配成重量百分浓度为25-40％的溶液对褐煤进行浸渍，浸渍时间3-7小时；滤饼通过热气干燥，温度100-150℃；干燥后的粉体在微波炉中进行活化，微波辐射温度800-1000℃，活化时间8-10分钟，制备得到煤质活性炭。该法所定的工艺路线及参数是针对褐煤渣这一特定的原料所定的。

目前处理紫茎泽兰已公开的方法中，尚未见将其制备活为性炭的报道。活性炭制备中也未见超声波在浸渍中应用的报道。通过本发明为处理紫茎泽兰找到一种切实有效的新方法。

三、发明内容：

本发明的目的在于提供一种资源化紫茎泽兰的新方法。以紫茎泽兰为原料，以碳酸钾或氯化锌固体为活化剂，通过破碎、超声波处理、微波辐射，酸洗、水洗和干燥工艺，得到活性炭产品，利用超声波的空化作用、超混合搅拌的优点，以及微波辐射快速升温、内部加热、易自动化控制等的优点，来缩短工艺时间、降低能耗。为紫茎泽兰的资源化提供一种有效利用的方法，产品活性炭吸附性能好，比表面积高。

本发明通过如下工艺步骤实现，图1是其工艺流程图。

(1)将紫茎泽兰破碎至粒径≤3mm的颗粒；

(2)将水与紫茎泽兰破碎料按质量之比为3～6∶1，碳酸钾或氯化锌固体与紫茎泽兰破碎料按质量比为0.5～4∶1，进行混合；

(3)将混合料放入超声波振荡装置，在超声波频率为60KHz或200KHz，功率为50W下进行超声波处理5～60min；

(4)将超声波处理后的混合料放入功率为100W～20kW(微波辐射功率连续可调)的微波辐射加热装置中预热、干燥、炭化和活化，辐射加热时间6～20分钟，辐射温度为600～950℃，得到初级活性炭；

(5)将得到的初级活性炭用重量百分浓度为10-15％的盐酸进行酸洗，然后用自来水进行水洗至pH值为5.5～7；

(6)水洗以后的活性炭在80～140℃的温度下干燥1～4小时，得到产品活性炭。

超声波是指频率范围在20～10⁶kHz的机械波，波速一般约为1500m/s，波长为10～0.01cm，在溶液中以一种球面波的形式传递。超声波本身携带着集中的能量，其通过液体介质时，当声波负压半周期的声压幅值超过内部静压强时，存在于液体中的空化核就会迅速增大，在相继而来的正压相中，空化核又被突然压缩，直到崩溃。当空化核崩溃时，极短的时间内在空化核周围的极小空间内，将会在局部产生瞬间的可达上千度高温和上百大气压高压，并产生速率约为110m/s、具有强烈冲击力的微射流，同时使液体处于高频振荡状态，使液体介质产生“超空化现象”。超声波还具有超混合搅拌的特殊功效，超声波在传递过程中以每秒钟数千次的脉动对传递介质进行着搅拌、加上“超空化现象”的作用，并使整个体系快速的趋于均匀化。

本发明具有以下优点：

(1)资源化紫茎泽兰，得到吸附性能好，比表面积高的活性炭产品，其吸附性能达到木质活性炭国家一级标准的要求；

(2)为紫茎泽兰的开发利用变害为利找到了一条新的途径，创造了一定的经济价值和社会价值；

(3)利用超声波的空化作用和超混合搅拌的优点，对混合料进行超声波处理，比通常的浸渍工艺的时间极大的缩短；

(4)利用微波能够直接对物质内部加热，有快速升温、内部加热、易自动化控制等优点，使活化工艺时间极大缩短，能耗降低；

(5)采用微波辐射进行加热活化，使炭内产生大量活性炭点，有效的促进了孔隙的形成，提高了活性炭的吸附性能和得率；

(6)预热、干燥、炭化和活化四个阶段整合为一个过程，操作时间短，产品成本低；

(7)通过本发明的方法资源化紫茎泽兰，工艺简单，易操作，条件易控制。

四、附图说明：图1是工艺流程图。

五、具体实施方式：

实施例1：将100g紫茎泽兰破碎至≤3mm的颗粒，将水与紫茎泽兰破碎料的质量之比为4∶1，碳酸钾固体与紫茎泽兰破碎料按质量比为1∶1混合，在频率为60KHz，功率为50W下进行超声波处理15分钟后，放入微波装置，在700W的微波功率下进行微波辐射加热12分钟，辐射温度900℃，辐射后的活性炭采用重量百分浓度为10％的盐酸进行酸洗，然后用自来水进行水洗至pH值为5.5～7，在80℃的温度下干燥4小时，得到资源化处理产品：活性炭。按国家标准(GB12496.1～22-1999)的要求对活性炭产品进行分析，主要质量指标-亚甲基蓝吸附值为30mL/0.1g，碘吸附值为1485.37mg/g。而国家标准(GB/T13803.3-1999)中活性炭一级品的亚甲基蓝吸附值为9ml/0.1g，碘吸附值为1000mg/g。并采用氮气吸附对活性炭进行孔结构表征，其表面积为1640.97m²/g，总孔容为0.7393mL/g，其微孔与中孔都较发达。

实施例2：将200g紫茎泽兰破碎至≤3mm的颗粒，将水与紫茎泽兰破碎料的质量比为3∶1，氯化锌与紫茎泽兰破碎料按质量比为2∶1混合，在频率为60KHz，功率为50W下进行超声波处理20分钟后，放入微波装置，在1200W的微波功率下微波辐射加热8分钟，辐射温度700℃，辐射后的活性炭采用重量百分浓度为15％的盐酸进行酸洗，然后用自来水进行水洗至pH值为5.5～7，在110℃的温度下干燥2小时，得到资源化处理产品：活性炭。按国家标准(GB12496.1～22-1999)的要求对活性炭产品进行分析，主要质量指标-亚甲基蓝吸附值为22mL/0.1g，碘吸附值为1112.05mg/g。而国家标准(GB/T13803.3-1999)中活性炭一级品的亚甲基蓝吸附值为9ml/0.1g，碘吸附值为1000mg/g。并采用氮气吸附对活性炭进行孔结构表征，其表面积为1304.57m²/g，总孔容为0.5982mL/g，其中以微孔为主，中孔也较为发达。

实施例3：将5kg紫茎泽兰破碎至≤3mm的颗粒，将水与紫茎泽兰破碎料的质量之比为6∶1，氯化锌与紫茎泽兰破碎料按质量比为4∶1混合，在频率为200KHz，功率为50W下进行超声波处理50分钟后，放入微波装置，在6KW的微波功率下微波辐射加热11分钟，辐射温度750℃，辐射后的活性炭采用重量百分浓度为13％的盐酸进行酸洗，然后用自来水进行水洗至pH值为5.5～7，在130℃的温度下干燥1.5小时，得到资源化处理产品：活性炭。按国家标准(GB12496.1～22-1999)的要求对活性炭产品进行分析，主要质量指标-亚甲基蓝吸附值为25mL/0.1g，碘吸附值为1237.61mg/g。而国家标准(GB/T13803.3-1999)中活性炭一级品的亚甲基蓝吸附值为9ml/0.1g，碘吸附值为1000mg/g。并采用氮气吸附对活性炭进行孔结构表征，其表面积为1467.92m²/g，总孔容为0.6538mL/g，其中以微孔为主，中孔也较为发达。

Claims (6)

1.一种资源化紫茎泽兰的方法，其特征在于：将原料紫茎泽兰破碎后，与碳酸钾或氯化锌固体和水混匀，经超声波处理，再送入微波辐射装置加热活化，然后进行酸洗、水洗、烘干得到活性炭产品。

2.根据权利要求1所述的资源化紫茎泽兰的方法，其特征在于：将紫茎泽兰破碎成粒径≤3mm的颗粒。

3.根据权利要求1所述的资源化紫茎泽兰的方法，其特征在于：将水与紫茎泽兰破碎料按质量比为3～6∶1、碳酸钾或氯化锌固体与破碎料按质量比为0.5～4∶1进行混合。

4.根据权利要求1所述的资源化紫茎泽兰的方法，其特征在于：将混合料放入超声波振荡装置，在超声波频率为60KHz或200KHz，功率为50W下进行超声波处理5～60min。

5.根据权利要求1所述的资源化紫茎泽兰的方法，其特征在于：超声波处理后的混合料入微波辐射加热装置中进行预热、干燥、炭化和活化，微波辐射功率在100W～20kW范围内连续可调，辐射加热时间6～20分钟，辐射温度为600～950℃，得到初级活性炭。

6.根据权利要求1所述的资源化紫茎泽兰的方法，其特征在于：采用重量百分浓度为10-15％的盐酸进行酸洗，然后用自来水水洗至pH值为5.5～7，在80～140℃的温度下干燥1～4小时得到活性炭产品。

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