一種山茱萸果核活性炭的制備方法與流程

本發明涉及活性炭制備的技術領域，具體涉及一種山茱萸果核活性炭的制備方法。

背景技術：

植物果實和種子的殼是一類數量龐大且可再生的含碳生物原料，已有報道以椰殼、核桃殼、花生殼、稻殼、板栗殼等為原材料并對其制備活性炭的工藝進行了相關研究。山茱萸(Cornus officinalis Sieb.et Zucc)為山茱萸科山茱萸屬小喬木或灌木，是一種傳統的名貴中藥，其藥用部分主要為果肉，由于與果肉的成分差異較大，果核長期以來被棄之不用。中國是山茱萸的主要產地，其中河南的山茱萸產量占全國總產量的65％，以山茱萸果核作為活性炭原料不失為一種好的選擇。

活性炭的制備方法主要有物理活化法和化學活化法，從生產出的活性炭性能和產量上來看，化學活化法更占優勢。常用的化學活化劑有氯化鋅、磷酸、氫氧化鉀和氫氧化鈉，對同種原料而言，活化劑的類型和用量直接影響活性炭生成的數量和質量。因此，本研究對山茱萸果核活性炭的制備工藝進行了研究，以期為山茱萸果核的開發利用提供有效途徑。

技術實現要素：

本發明目的旨在提供一種山茱萸果核活性炭的制備方法，實現本發明的具體方案如下：

1、一種山茱萸果核活性炭的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：

(1)將山茱萸果核于105℃下烘干至恒重后，用粉碎機粉碎后過200目篩，備用。

(2)將步驟(1)中所獲制備的山茱萸果核粉中質量比3:1加入質量分數為60％的磷酸溶液作為活化劑，同時按質量比加入2％的濃硫酸作為催化劑混合均勻后，置于300瓦功率的超聲處理器下超聲處理30分鐘后靜置12小時；

(3)將步驟(2)靜置后處理液用濾布抽濾，將抽濾后得到的殘渣置于坩堝中于180℃下碳化3小時后，將溫度升高至550℃活化2小時；

(4)將步驟(3)活化后的處理物用2mol/L的鹽酸溶液洗滌4次，然后用蒸餾水洗滌至中性；

(5)將步驟(4)洗滌后處理物抽濾后，于70℃下烘干至恒重，然后研磨粉碎后即可獲得山茱萸果核活性炭成品。

(6)將步驟(5)所得到的山茱萸果核活性炭吸附活性按照GB/T12496.10-1999亞甲基藍吸附值 進行測定，活性炭得率(％)按公式(活性炭產品質量/山茱萸果核質量)×100％進行計算。

2、根據專利要求1所述的一種山茱萸果核活性炭的制備方法，其特征在于：

(1)所述步驟(2)中所述的種一種山茱萸果核活性炭的制備方法中按質量比3:1加入質量分數為60％的磷酸溶液作為活化劑以及2％的濃硫酸催化劑濃度；

(2)所述步驟(3)中所述的180℃的碳化溫度和3小時碳化時間以及550℃的活化溫度和2小時的活化時間。

附圖說明

圖1磷酸質量分數對活性炭得率和亞甲基藍吸附值的影響

圖2料液比對活性炭得率和亞甲基藍吸附值的影響

圖3炭化溫度對活性炭得率和亞甲基藍吸附值的影響

圖4炭化時間對活性炭得率和亞甲基藍吸附值的影響

圖5活化溫度對活性炭得率和亞甲基藍吸附值的影響

圖6活化時間對活性炭得率和亞甲基藍吸附值的影響

具體實施方式

下面通過實施例，對本發明作進一步描述。

實施例1：

1、一種山茱萸果核活性炭的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：

(1)將山茱萸果核于105℃下烘干至恒重后，用粉碎機粉碎后過200目篩，備用。

(2)將步驟(1)中所獲制備的山茱萸果核粉中質量比3:1加入質量分數為60％的磷酸溶液作為活化劑，同時按質量比加入2％的濃硫酸作為催化劑混合均勻后，置于300瓦功率的超聲處理器下超聲處理30分鐘后靜置12小時；

(3)將步驟(2)靜置后處理液用濾布抽濾，將抽濾后得到的殘渣置于坩堝中于180℃下碳化3小時后，將溫度升高至550℃活化2小時；

(4)將步驟(3)活化后的處理物用2mol/L的鹽酸溶液洗滌4次，然后用蒸餾水洗滌至中性；

(5)將步驟(4)洗滌后處理物抽濾后，于70℃下烘干至恒重，然后研磨粉碎后即可獲得山茱萸果核活性炭成品。

(6)將步驟(5)所得到的山茱萸果核活性炭吸附活性按照GB/T12496.10-1999亞甲基藍吸附值 進行測定，活性炭得率(％)按公式(活性炭產品質量/山茱萸果核質量)×100％進行計算。

實施例2：

一種山茱萸果核活性炭的制備方法

(1)磷酸質量分數對活性炭的影響

以料液比3.0:1、炭化溫度180℃、炭化時間3小時、活化溫度500℃及活化時間2小時為前提，改變磷酸質量分數，觀察其對活性炭得率及亞甲基藍吸附值的影響。如圖1所示，隨著磷酸質量分數的增加，山茱萸果核活性炭的亞甲基藍吸附值及活性炭得率均呈先升后降的趨勢，在磷酸質量分數為60％時達到最大值，此時活性炭得率最高可達51.39％。因此，磷酸質量分數以60％為宜。

(2)料液比對活性炭的影響

在磷酸質量分數為60％的條件下，其他條件不變，只改變料液比，研究活性炭得率及亞甲基藍吸附值的變化(圖2)。與料液比2.0:1相比，料液比為3.0:1的亞甲基藍吸附值顯著升高，之后隨著料液比的繼續增加，呈現緩慢下降趨勢。活性炭得率與亞甲基藍吸附值變化趨勢一致，在料液比3.0:1時達到最大。因此，料液比以3.0:1為最佳。

(3)炭化溫度對活性炭的影響

以料液比3.0:1、60％的磷酸質量分數為前提，控制炭化時間3小時、活化溫度500℃及活化時間2小時，觀察不同炭化溫度對活性炭得率及亞甲基藍吸附值的影響。從圖3可知，炭化溫度從160℃升至180℃時，亞甲基藍吸附值顯著增加，隨后緩慢下降。活性炭得率也在180℃時達到最大，隨后則急劇下降，繼續升高溫度則變化緩和。綜合二者，炭化溫度以180℃為最好。

(4)炭化時間對活性炭的影響

在上面研究基礎上，選擇炭化溫度為180℃，改變炭化時間，發現炭化時間從2小時增加至3小時，亞甲基藍吸附值顯著增加，在4小時達到最大值(8.098mL/0.1g)，時間繼續增加則呈下降趨勢。炭化溫度4小時的活性炭得率也顯著高于炭化2小時和3小時，超過4小時則降低。以上表明，炭化溫度控制在4小時為宜。

(5)活化溫度對活性炭的影響

由圖5可知，在料液比3.0:1、磷酸質量分數為60％、炭化溫度180℃、炭化時間3小時及活化時間2小時的前提下，改變活化溫度，活性炭得率和亞甲基藍吸附值呈現不一致的變 化。隨著溫度增加，亞甲基藍吸附值顯著升高，在550℃達到最大，隨后緩慢下降。活性炭得率在活化溫度550℃時呈最大值，之后溫度升高則逐漸下降。這表明活化溫度在550℃可能是較好的選擇。

(6)活化時間對活性炭的影響

活化時間對亞甲基藍吸附值和活性炭得率的影響與活化溫度相似(圖6)。亞甲基藍吸附值呈現先升后降的趨勢，在2小時達到最大值。活性炭得率隨著活化時間的增加逐漸下降，綜合二者考慮活化2小時較為合適。

(7)正交試驗結果

表1正交試驗結果

由表1正交試驗結果可知，采用不同工藝條件制得的山茱萸果核活性炭的吸附性能也顯著不同，其亞甲基藍吸附柱最大為10.2mL/0.1g，比最小值(8.1mL/0.1g)高出近26％。影響山茱萸果核活性炭亞甲基藍吸附值的因素依次為：炭化溫度＞活化時間＞料液比＞活化溫度，即最佳工藝條件為炭化溫度180℃、料液比3.0:1、活化溫度550℃及活化時間2小時。

(8)驗證試驗及吸附活性結果與分析

表2驗證試驗結果

活性炭的吸附性能是評價活性炭質量的最主要指標，常用的有亞甲基藍吸附值和碘吸附值。根據正交試驗得到的最佳工藝條件進行驗證試驗，結果如表2所示，活性炭碘吸附值平均為1041.25mg/g，活性炭得率達51.2％，亞甲基藍吸附值平均為10.1mL/0.1g，與正交試驗中最佳條件下的相近(10.2mL/0.1g)。這表明正交試驗得到的條件組合為最優。