以泥炭復配玉米秸稈為原料制備的粉末活性炭及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明是屬于低成本資源利用與材料生產技術領域，具體地涉及一種以泥炭復配玉米秸桿為原料制備的粉末活性炭。
[0002]本發明還涉及制備上述粉末活性炭的方法。
[0003]本發明還涉及上述粉末活性炭的用途。
【背景技術】
[0004]活性炭是利用木炭、木肩、椰殼、各種果核、紙漿廢液以及其他農林副產品等生物質、煤和重質石油為原料，經炭化，活化而得的一種由炭材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發達，比表面積大，吸附能力強的一類微晶質碳素材料。它作為最古老，最重要的工業吸附劑之一，與其他吸附劑(樹脂類、硅膠、沸石等)相比，具有化學穩定性好，耐酸，耐堿，耐高溫等特點，不溶于水和有機溶劑，且能夠再生循環使用。其表面具有多種含氧官能團，再生效果好，已經被廣泛應用于環境保護，化學化工，醫藥衛生，食品加工和農業等多個領域。近年來，隨著對活性炭研宄的深入，又開始應用于航天技術、吸附儲能技術等領域。其應用領域的不斷擴展對活性炭的質量提出了新的要求，從而不僅促進了活性炭在原料前處理，制備方法等方面的發展，也促進了不同品種、特殊性能活性炭的研宄與開發。
[0005]我國是活性炭生產大國，年總產量已逾50萬噸居世界第二，出口量也增加到了 20萬噸/年居世界第一。長期以來，我國以煤炭或木材為主要原料制成的活性炭一直是活性炭材料中的主要品種。但作為生產活性炭的傳統原料木材和煤，已滿足不了工業對活性炭應用的需求。不僅如此，阻礙活性炭應用發展的最大問題還是高昂的生產價格，而且，隨著環境問題和全球能源問題的日益突出，如何利用價廉易得的廢棄生物質能源來制備具有高比表面積的生物質環境材料越來越受到廣大需求者們的關注。其中以儲量豐富的純天然有機質資源-泥炭為原料開辟生產活性炭的新路子是非常有意義的。
[0006]泥炭谷稱草炭，是煤化程度最淺的煤，形成于第四紀，由古代湖沼地帶的植物殘體在潮濕而又高溫和地表通氣不良的嫌氣條件下，被重新埋藏于地下，不能分解，長期積累而形成的一種松散物質，是自然界沼澤特有的非金屬礦產資源。
[0007]目前，世界泥炭資源的資料還很不完善，有些國家和地區尚無詳細統計數據，因此，泥炭資源儲量難以準確計算。據估計，世界泥炭資源的總面積有12000-15000萬公頃，約占地球陸地面積的1%，儲量達2500?3000億噸。世界泥炭資源分布的特點是比較明顯的其一是分布的廣泛性，除被冰川覆蓋的南極洲沒有泥炭資源之外，其他各大洲都有分布；其二是分布的不平衡性，主要分布在北半球的亞洲、歐洲和北美洲，這三大洲集中了世界泥炭資源的90%以上，南半球的3個洲尚不足10%。北半球的歐亞大陸又集中了世界泥炭資源的80%，其中歐洲分布較亞洲均勻。俄羅斯是世界上泥炭資源最多，用量最大的國家，總面積有5000萬公頃，總儲量有1620億噸，儲量占世界總儲量的60%，其次是加拿大和芬蘭、中國、美國和瑞典，這些國家泥炭資源儲量占世界總儲量的80%以上。
[0008]我國的泥炭資源也很豐富。據原地質礦產部于1988年公布的數據，我國已勘察泥炭礦床有5719處，泥炭總面積為10440.68km2，按世界統計標準含水量以40%計，泥炭總儲量為124.8X 109t，其中80%屬于裸露泥炭，埋藏泥炭僅占20%左右。我國泥炭資源分布廣泛，但分布不平衡，明顯呈西部多、東部少，北部多、南部少的特點。西部地區泥炭資源豐富，儲量達921737.6萬噸，占全國總量的79%，其中又以若爾蓋高原和云貴高原儲量最豐富。東部為232993.6萬噸，占全國泥炭資源總量的20%，與西部地區泥炭累積強度相差懸殊。東部地區的北部與南部相比，北部多于南部，面積和儲量皆如此。在東部地區泥炭主要集中分布在東北的大小興安嶺、長白山地、三江平原、長江中下游和南部沿海地區，而內蒙古的中西部、山西高原、江南丘陵等地區泥炭資源很少。在西部地區主要集中分布于若爾蓋高原和云貴高原，而寧夏、陜西等廣大地區泥炭資源蘊藏很少。
[0009]泥炭資源來源廣泛，其化學組成主要有纖維素、木質素、腐植酸及氮、磷、鉀等。因為泥炭資源價廉易得，因此在農業、畜牧業、工業、園林、環保、醫藥等領域具有廣闊的應用價值。泥炭的主要成分是生物質有機物和少量無機灰分，具備制備活性炭的客觀條件。以其為原料充分利用了低成本資源，為活性炭制備提供了新的原材料。但是由于含碳量較低的限制，制得的活性炭的品質比傳統商業活性炭差。為此，適當添加鋸末、果殼、秸桿等作為輔助材料，可提高其含碳量，生產制備出品質較高的活性炭。
[0010]我國作為一個農業大國，玉米秸桿的產量每年達到上億噸。玉米是全世界總產量最高的糧食作物，也是中國第一大糧食作物，全世界每年秸桿產量為29億多噸，其中玉米秸桿占35%。2013年中國玉米播種面積預計為達到3，500萬公頃，玉米秸桿產量達45000多萬噸。秸桿作為重要的生物質資源，蘊藏著豐富的能量，含有大量的營養物質，總能量基本和玉米，淀粉的總能量相當，開發利用潛力巨大，發展前景十分廣闊。秸桿燃燒值約為標準煤的50%。稻桿蛋白質含量約5%，纖維素含量在30%左右，還含有一定量的礦物質，I噸普通秸桿的營養價值平均與0.25噸糧食的營養價值相當。專家測算，每生產I噸玉米可產2噸稻桿，每生產I噸稻谷和小麥可產I噸稻桿。我國每年可生產農作物稻桿6億多噸。如全部用來燃燒，可折合約3億噸標準煤的熱值。如全部用作飼料，折算相當于1.5億噸糧食。經過科學處理，秸桿的營養價值還可大幅度提高。
[0011]但是，除去傳統的利用和簡單的再生產(燒火做飯、還田、加工飼料)，大量玉米秸桿被大量廢氣，或就地焚燒，不僅造成秸桿資源的巨大浪費，同時產生了大量煙霧和CO、CO2等污染物，加劇霧霾天氣的產生，更污染了大氣，破壞生態環境和農田土壤結構，對工農業生產和交通安全造成極大威脅。
[0012]隨著科技的發展，我國雖然在相關領域開展了秸桿的開發利用，但是秸桿綜合利用水平還是較低，可行性不高，研宄與推廣脫節，在作物秸桿綜合利用方面的實際應用技術還不完善。因此，開發多種途徑利用秸桿成為人們關注的熱點。
[0013]農業廢棄物的合理利用，不僅可以解決廢棄物的處置，還可以減少其燃燒等對環境造成的危害。玉米秸桿主要由纖維素、半纖維素和木質素構成，結構復雜，穩定性好，因此桔桿是制備活性炭較優原料。以其為原料制備活性炭，既避免盲目焚燒秸桿造成的大氣污染問題，也為活性炭的制備提供新的原材料。
[0014]但是，生產活性炭的原料為木質、煤質等天然產物，均含有一定量的雜質如S1、Al, Ca, Mg等元素，這些成分在活性炭制備過程中有極敏感的阻止造孔的作用。
【發明內容】
[0015]本發明的目的是提供一種以泥炭復配玉米秸桿為原料制備的粉末活性炭。
[0016]本發明的又一目的是提供一種制備上述粉末活性炭的方法。
[0017]為實現上述目的，本發明提供的以泥炭復配玉米秸桿為原料制備的粉末活性炭，其含水量為59-61%，有機物總量為74-76%，腐殖酸含量為15-30%;灰分量為15-17% ;pH=4-5，粉末活性炭比的表面積為1300-1500m2/g，碘吸附容量為1150_1200mg/g，亞甲基藍吸附值為230-280mg/g ；
[0018]通過下述方法得到:
[0019]I)將泥炭洗凈，篩分，烘干，冷卻后粉碎；
[0020]2)將玉米秸桿置于烘箱中烘干，冷卻后粉碎，加入至正乙烷浸漬后，水洗，真空干燥后，得到去掉表面雜質的玉米秸桿粉末；
[0021]3)將泥炭和玉米秸桿分別放進氫氧化鈉溶液中混合煮沸，反應完成后過濾，洗滌至中性，