專利名稱：一種資源化紫莖澤蘭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
化工方法制備活性炭領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
紫莖澤蘭為一種菊科澤蘭屬多年生草本植物，是一種世界性的惡性有毒雜草，俗稱飛機(jī)草、魔鬼草。原產(chǎn)于墨西哥，于上世紀(jì)四十年代經(jīng)澳大利亞進(jìn)入我國南部，現(xiàn)已廣泛分布于云南、海南、廣西、貴州、西藏、四川等省。紫莖澤蘭具有生態(tài)適應(yīng)范圍廣、生長速度快、繁殖力強(qiáng)、群居性高、侵占性和抗逆性強(qiáng)、大量消耗土壤肥力等特性，能在短時(shí)間內(nèi)大量繁殖，形成密集成叢的單優(yōu)植物群落，造成許多植物生長緩慢，有些物種甚至瀕臨滅絕，以及糧食、優(yōu)質(zhì)牧草等大面積減產(chǎn)，導(dǎo)致了特殊的“綠色污染”及“生態(tài)災(zāi)難”。同時(shí)，紫莖澤蘭含有萜類、香豆素、甙類等有毒物質(zhì)，常使馬、牛、羊等放牧家畜誤食中毒甚至死亡。紫莖澤蘭給所到之地的農(nóng)業(yè)、牧業(yè)及林業(yè)等造成了難以挽回的巨大損失。對(duì)紫莖澤蘭進(jìn)行有效的開發(fā)利用，變害為利，也就具有重大的意義。
公知的對(duì)紫莖澤蘭的處理方法主要有劉世貴等在申請(qǐng)?zhí)枮?2128010.x的專利中公開了“澤蘭堿殺蟲劑及其制備方法”，該法是將紫莖澤蘭清洗、粉碎、有機(jī)溶劑或水混合浸泡、提取、過濾、萃取、層析、濃縮至流浸膏狀的澤蘭堿提取物，獲得產(chǎn)物。并將澤蘭堿提取物制成澤蘭堿殺蟲劑產(chǎn)品。
朱兆云等在申請(qǐng)?zhí)枮?3132977.2的專利中公開了“治療失眠癥的藥物”，該法是提取紫莖澤蘭中的水、醇、醚、醋酸乙酪、氯仿等，由其提取物與藥用輔料制備而成的醫(yī)學(xué)上可接受的口服制劑，制劑具有鎮(zhèn)靜作用，催眠作用，對(duì)神經(jīng)衰弱、失眠有明顯的改善作用。
洪焰泉等在申請(qǐng)?zhí)枮?2133712.8的專利中公開了“紫莖澤蘭刨花板的制備方法”，該法由紫莖澤蘭經(jīng)預(yù)處理，刨片，干燥，調(diào)膠、施膠，鋪裝，熱壓成型，后處理工藝制得紫莖澤蘭刨花板。
歐陽華等在申請(qǐng)?zhí)枮?2133441.2的專利中公開了“紫莖澤蘭生物有機(jī)肥的制備方法”，該法是以紫莖澤蘭為原料，通過粗粉碎，脫毒處理，發(fā)酵，干燥，粉碎，得到生物有機(jī)肥產(chǎn)品。
歐陽華等在申請(qǐng)?zhí)枮?2113759.5的專利中公開了“紫莖澤蘭飼料的制備方法”，該法是以紫莖澤蘭為原料，經(jīng)過微生物發(fā)酵脫毒和中藥解毒的綜合處理，再干燥，粉碎即制得畜禽飼料。
本申請(qǐng)人在專利號(hào)為ZL93114637.2，名為《微波輻射法制造粉狀活性炭》中公開了一種利用木屑制備粉狀活性炭的方法，該法原料配比為木屑100份，磷酸200-300份，磷酸濃度25-81％，浸漬時(shí)間12小時(shí)以上；木屑與氯化鋅的配比為木屑100份，氯化鋅為200-300份，氯化鋅濃度為8-65％，浸漬時(shí)間12小時(shí)以上；加熱方式為微波輻射，微波頻率2450MHz，輻射時(shí)間5-15分鐘，輻射溫度600-900℃。輻射后產(chǎn)物經(jīng)酸洗、烘干、粉碎、篩分得到活性炭產(chǎn)品。該法是木屑為原料，原料價(jià)格高，并且是以森林資源砍伐的巨大代價(jià)。該法所設(shè)定的工藝過程及參數(shù)是針對(duì)木屑這一特定原料做出的。
本申請(qǐng)人在專利號(hào)為ZL02113270.4，名稱為《微波輻射煙桿固體廢棄物制備活性炭的方法》中公開了一種利用煙桿固體廢棄物制備活性炭的方法，該法是將煙桿固體廢棄物粉碎至長度為1-15mm；將純度為98％的工業(yè)級(jí)氯化鋅配成重量百分濃度為50％的氯化鋅水溶液；混合浸漬時(shí)原料煙桿和氯化鋅水溶液的質(zhì)量比為1∶3.5-5，浸漬時(shí)間8-10小時(shí)；用微波加熱后用36％鹽酸加水配成10％的鹽酸水溶液進(jìn)行酸洗5-10小時(shí)，然后pH達(dá)到7；在100-120℃下干燥5-10小時(shí)。該法設(shè)定的工藝路線及參數(shù)只適合煙桿固體廢棄物這一特定的原料。
寧平等在申請(qǐng)?zhí)枮?00410022085.x，名稱為《一種用褐煤渣生產(chǎn)活性炭的方法》中公開了一種用褐煤渣生產(chǎn)活性炭的方法，該法是將含碳量在28％以上的褐煤渣粉碎至粒度小于0.18mm；浸漬過程中褐煤渣與苛性鉀的質(zhì)量比為0.8-1.2，苛性鉀配成重量百分濃度為25-40％的溶液對(duì)褐煤進(jìn)行浸漬，浸漬時(shí)間3-7小時(shí)；濾餅通過熱氣干燥，溫度100-150℃；干燥后的粉體在微波爐中進(jìn)行活化，微波輻射溫度800-1000℃，活化時(shí)間8-10分鐘，制備得到煤質(zhì)活性炭。該法所定的工藝路線及參數(shù)是針對(duì)褐煤渣這一特定的原料所定的。
目前處理紫莖澤蘭已公開的方法中，尚未見將其制備活為性炭的報(bào)道。活性炭制備中也未見超聲波在浸漬中應(yīng)用的報(bào)道。通過本發(fā)明為處理紫莖澤蘭找到一種切實(shí)有效的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種資源化紫莖澤蘭的新方法。以紫莖澤蘭為原料，以碳酸鉀或氯化鋅固體為活化劑，通過破碎、超聲波處理、微波輻射，酸洗、水洗和干燥工藝，得到活性炭產(chǎn)品，利用超聲波的空化作用、超混合攪拌的優(yōu)點(diǎn)，以及微波輻射快速升溫、內(nèi)部加熱、易自動(dòng)化控制等的優(yōu)點(diǎn)，來縮短工藝時(shí)間、降低能耗。為紫莖澤蘭的資源化提供一種有效利用的方法，產(chǎn)品活性炭吸附性能好，比表面積高。
本發(fā)明通過如下工藝步驟實(shí)現(xiàn)，圖1是其工藝流程圖。
(1)將紫莖澤蘭破碎至粒徑≤3mm的顆粒；(2)將水與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量之比為3～6∶1，碳酸鉀或氯化鋅固體與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量比為0.5～4∶1，進(jìn)行混合；(3)將混合料放入超聲波振蕩裝置，在超聲波頻率為60KHz或200KHz，功率為50W下進(jìn)行超聲波處理5～60min；(4)將超聲波處理后的混合料放入功率為100W～20kW(微波輻射功率連續(xù)可調(diào))的微波輻射加熱裝置中預(yù)熱、干燥、炭化和活化，輻射加熱時(shí)間6～20分鐘，輻射溫度為600～950℃，得到初級(jí)活性炭；(5)將得到的初級(jí)活性炭用重量百分濃度為10-15％的鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用自來水進(jìn)行水洗至pH值為5.5～7；(6)水洗以后的活性炭在80～140℃的溫度下干燥1～4小時(shí)，得到產(chǎn)品活性炭。
超聲波是指頻率范圍在20～106kHz的機(jī)械波，波速一般約為1500m/s，波長為10～0.01cm，在溶液中以一種球面波的形式傳遞。超聲波本身攜帶著集中的能量，其通過液體介質(zhì)時(shí)，當(dāng)聲波負(fù)壓半周期的聲壓幅值超過內(nèi)部靜壓強(qiáng)時(shí)，存在于液體中的空化核就會(huì)迅速增大，在相繼而來的正壓相中，空化核又被突然壓縮，直到崩潰。當(dāng)空化核崩潰時(shí)，極短的時(shí)間內(nèi)在空化核周圍的極小空間內(nèi)，將會(huì)在局部產(chǎn)生瞬間的可達(dá)上千度高溫和上百大氣壓高壓，并產(chǎn)生速率約為110m/s、具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流，同時(shí)使液體處于高頻振蕩狀態(tài)，使液體介質(zhì)產(chǎn)生“超空化現(xiàn)象”。超聲波還具有超混合攪拌的特殊功效，超聲波在傳遞過程中以每秒鐘數(shù)千次的脈動(dòng)對(duì)傳遞介質(zhì)進(jìn)行著攪拌、加上“超空化現(xiàn)象”的作用，并使整個(gè)體系快速的趨于均勻化。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)資源化紫莖澤蘭，得到吸附性能好，比表面積高的活性炭產(chǎn)品，其吸附性能達(dá)到木質(zhì)活性炭國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求；(2)為紫莖澤蘭的開發(fā)利用變害為利找到了一條新的途徑，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值；(3)利用超聲波的空化作用和超混合攪拌的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)混合料進(jìn)行超聲波處理，比通常的浸漬工藝的時(shí)間極大的縮短；(4)利用微波能夠直接對(duì)物質(zhì)內(nèi)部加熱，有快速升溫、內(nèi)部加熱、易自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，使活化工藝時(shí)間極大縮短，能耗降低；(5)采用微波輻射進(jìn)行加熱活化，使炭內(nèi)產(chǎn)生大量活性炭點(diǎn)，有效的促進(jìn)了孔隙的形成，提高了活性炭的吸附性能和得率；(6)預(yù)熱、干燥、炭化和活化四個(gè)階段整合為一個(gè)過程，操作時(shí)間短，產(chǎn)品成本低；(7)通過本發(fā)明的方法資源化紫莖澤蘭，工藝簡單，易操作，條件易控制。
四

圖1是工藝流程圖。
五具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將100g紫莖澤蘭破碎至≤3mm的顆粒，將水與紫莖澤蘭破碎料的質(zhì)量之比為4∶1，碳酸鉀固體與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量比為1∶1混合，在頻率為60KHz，功率為50W下進(jìn)行超聲波處理15分鐘后，放入微波裝置，在700W的微波功率下進(jìn)行微波輻射加熱12分鐘，輻射溫度900℃，輻射后的活性炭采用重量百分濃度為10％的鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用自來水進(jìn)行水洗至pH值為5.5～7，在80℃的溫度下干燥4小時(shí)，得到資源化處理產(chǎn)品活性炭。按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB12496.1～22-1999)的要求對(duì)活性炭產(chǎn)品進(jìn)行分析，主要質(zhì)量指標(biāo)-亞甲基藍(lán)吸附值為30mL/0.1g，碘吸附值為1485.37mg/g。而國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13803.3-1999)中活性炭一級(jí)品的亞甲基藍(lán)吸附值為9ml/0.1g，碘吸附值為1000mg/g。并采用氮?dú)馕綄?duì)活性炭進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)表征，其表面積為1640.97m2/g，總孔容為0.7393mL/g，其微孔與中孔都較發(fā)達(dá)。
實(shí)施例2將200g紫莖澤蘭破碎至≤3mm的顆粒，將水與紫莖澤蘭破碎料的質(zhì)量比為3∶1，氯化鋅與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量比為2∶1混合，在頻率為60KHz，功率為50W下進(jìn)行超聲波處理20分鐘后，放入微波裝置，在1200W的微波功率下微波輻射加熱8分鐘，輻射溫度700℃，輻射后的活性炭采用重量百分濃度為15％的鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用自來水進(jìn)行水洗至pH值為5.5～7，在110℃的溫度下干燥2小時(shí)，得到資源化處理產(chǎn)品活性炭。按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB12496.1～22-1999)的要求對(duì)活性炭產(chǎn)品進(jìn)行分析，主要質(zhì)量指標(biāo)-亞甲基藍(lán)吸附值為22mL/0.1g，碘吸附值為1112.05mg/g。而國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13803.3-1999)中活性炭一級(jí)品的亞甲基藍(lán)吸附值為9ml/0.1g，碘吸附值為1000mg/g。并采用氮?dú)馕綄?duì)活性炭進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)表征，其表面積為1304.57m2/g，總孔容為0.5982mL/g，其中以微孔為主，中孔也較為發(fā)達(dá)。
實(shí)施例3將5kg紫莖澤蘭破碎至≤3mm的顆粒，將水與紫莖澤蘭破碎料的質(zhì)量之比為6∶1，氯化鋅與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量比為4∶1混合，在頻率為200KHz，功率為50W下進(jìn)行超聲波處理50分鐘后，放入微波裝置，在6KW的微波功率下微波輻射加熱11分鐘，輻射溫度750℃，輻射后的活性炭采用重量百分濃度為13％的鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用自來水進(jìn)行水洗至pH值為5.5～7，在130℃的溫度下干燥1.5小時(shí)，得到資源化處理產(chǎn)品活性炭。按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB12496.1～22-1999)的要求對(duì)活性炭產(chǎn)品進(jìn)行分析，主要質(zhì)量指標(biāo)-亞甲基藍(lán)吸附值為25mL/0.1g，碘吸附值為1237.61mg/g。而國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13803.3-1999)中活性炭一級(jí)品的亞甲基藍(lán)吸附值為9ml/0.1g，碘吸附值為1000mg/g。并采用氮?dú)馕綄?duì)活性炭進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)表征，其表面積為1467.92m2/g，總孔容為0.6538mL/g，其中以微孔為主，中孔也較為發(fā)達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種資源化紫莖澤蘭的方法，其特征在于將原料紫莖澤蘭破碎后，與碳酸鉀或氯化鋅固體和水混勻，經(jīng)超聲波處理，再送入微波輻射裝置加熱活化，然后進(jìn)行酸洗、水洗、烘干得到活性炭產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化紫莖澤蘭的方法，其特征在于將紫莖澤蘭破碎成粒徑≤3mm的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化紫莖澤蘭的方法，其特征在于將水與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量比為3～6∶1、碳酸鉀或氯化鋅固體與破碎料按質(zhì)量比為0.5～4∶1進(jìn)行混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化紫莖澤蘭的方法，其特征在于將混合料放入超聲波振蕩裝置，在超聲波頻率為60KHz或200KHz，功率為50W下進(jìn)行超聲波處理5～60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化紫莖澤蘭的方法，其特征在于超聲波處理后的混合料入微波輻射加熱裝置中進(jìn)行預(yù)熱、干燥、炭化和活化，微波輻射功率在100W～20kW范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輻射加熱時(shí)間6～20分鐘，輻射溫度為600～950℃，得到初級(jí)活性炭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化紫莖澤蘭的方法，其特征在于采用重量百分濃度為10-15％的鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用自來水水洗至pH值為5.5～7，在80～140℃的溫度下干燥1～4小時(shí)得到活性炭產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種資源化紫莖澤蘭的方法，將紫莖澤蘭破碎至≤3mm后，用水與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量比為3～6∶1，碳酸鉀或氯化鋅固體與紫莖澤蘭破碎料按質(zhì)量比為0.5～4∶1混合后，進(jìn)行超聲波處理，然后進(jìn)行微波輻射加熱、酸洗、水洗、烘干，得到產(chǎn)品活性炭。利用超聲波的空化作用和超混合攪拌的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)混合料進(jìn)行超聲波處理，采用微波輻射進(jìn)行加熱活化，使炭內(nèi)產(chǎn)生大量活性炭點(diǎn)，有效的促進(jìn)了孔隙的形成，提高了活性炭的吸附性能和得率，將預(yù)熱、干燥、炭化和活化四個(gè)階段整合為一個(gè)過程，降低了能耗，提高了活化效率，得到的活性炭吸附性能超過木質(zhì)活性炭國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有效的利用了紫莖澤蘭，變害為利，為紫莖澤蘭資源化找到了一種切實(shí)有效的處理方法。
文檔編號(hào)B09B3/00GK1765739SQ20051001100
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者彭金輝, 夏洪應(yīng), 張利波, 張世敏, 馬祥元, 涂建華 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)