技术领域

本发明涉及一种分子筛的制备方法，属于碳素材料领域，尤其涉及一种由苹果渣制备氮气碳分子筛的方法。

背景技术

我国苹果产量丰富，每年有大量的苹果由于供销脱钩、储存技术和苹果深加工落后而腐烂。另一方面，大量的苹果被用于榨汁，而产生的大量副产物-苹果渣尚未找到合适的用途加以处理。有专利报导将苹果渣用于生产肥料，有研究以苹果渣为原料制备一般的活性炭材料，除此之外没有其他关于苹果渣应用的研究报道。

碳分子筛是一种炭质多孔材料，属于活性炭的一种。其空洞主要由1nm以下的微孔和少量大孔组成，孔径分布较窄，约在0.5-1.0nm左右。而普通活性炭除了微孔之外，还有大量的中孔和大孔，平均孔径在2nm左右。碳分子筛的孔为狭缝型。可用于制备碳分子筛的原料非常广泛，从天然产物到高分子聚合物都可以用来制造碳分子筛。其中最主要的三种是煤、木材、果壳。没有见到采用苹果或苹果渣为原料制备碳分子筛的报道。

上海交通大学在中国发明专利CN1472134A中公开了一种由苹果渣制备碳分子筛的方法，但是该方法制备的碳分子筛的孔径为6.2-10埃，孔径的大小和孔径的范围远大于氮气分子筛的要求。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种由苹果渣制备氮气碳分子筛的方法。

一种由苹果渣制备氮气碳分子筛的方法，包括如下步骤：

步骤一：原材料预处理，对苹果废弃物资源进行预处理，先经过简单的清洗后，将苹果废弃物放入高速搅拌机中，加水，在1200-1500rpm的速度下，搅拌10-15min，再将果核部分捞起后，通过挤压、烘干、粉碎，将原材料制成干燥地粉末，过筛得到预处理的原材料；

步骤二：碳化，将经过预处理的原材料放入碳化炉中，将原材料在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到最后的碳分子筛炭素材料。

优选的，所述预处理的原材料的粉末粒径为30-50μm。

优选的，所述的原材料碳化时的铺放厚度为3-5mm。

优选的，所述的碳化温度为950-1000℃。

本发明中对原材料预处理实际是对苹果废弃物进行初选，将果核和果肉分开处理，因为果核和果肉的成分差别较大，统一处理制成的碳分子筛必然会导致孔径分布范围大，而本发明制备的是氮气碳分子筛，实际是从空气中将氧气和氮气分开，氮气（30埃）和氧气（28埃）的粒径相差极小，故必须选择果核作为碳化材料。

本发明再通过对果核粉末的粒径和碳化时的厚度以及碳化温度的优化选择，最终得到符合氮气碳分子筛要求的制备方法。

在优选的条件下，制备得到的炭素材料是具有非常好的比表面积(2000以上m²/g)、孔径主要分布在2.85-2.92的粉状碳分子筛材料。

本发明与背景技术中的碳分子筛的制造方法和性能相比，本发明采用的原材料是苹果的废弃物中的主要部分：果核，是在原制备方法的基础上新的改进，其来源广泛，而且价格低廉；制备的适合氮气制备的碳分子筛材料，同时具有非常高的比表面积。

具体实施方式

实施例1：

一种由苹果渣制备氮气碳分子筛的方法，包括如下步骤：

步骤一：原材料预处理，对苹果废弃物资源进行预处理，先经过简单的清洗后，将苹果废弃物放入高速搅拌机中，加水，在1350rpm的速度下，搅拌12min，再将果核部分捞起后，通过挤压、烘干、粉碎，将原材料制成干燥地粉末，过筛得到预处理的原材料；

步骤二：碳化，将经过预处理的原材料放入碳化炉中，将原材料在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到最后的碳分子筛炭素材料。

所述预处理的原材料的粉末粒径为30-50μm。

所述的原材料碳化时的铺放厚度为3-5mm。

所述的碳化温度为980℃。

制备的最终的碳分子筛的粒径为2.85-2.92埃

实施例2：

一种由苹果渣制备氮气碳分子筛的方法，包括如下步骤：

步骤一：原材料预处理，对苹果废弃物资源进行预处理，先经过简单的清洗后，将苹果废弃物放入高速搅拌机中，加水，在1200rpm的速度下，搅拌15min，再将果核部分捞起后，通过挤压、烘干、粉碎，将原材料制成干燥地粉末，过筛得到预处理的原材料；

步骤二：碳化，将经过预处理的原材料放入碳化炉中，将原材料在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到最后的碳分子筛炭素材料。

所述预处理的原材料的粉末粒径为30-50μm。

所述的原材料碳化时的铺放厚度为3-5mm。

所述的碳化温度为950℃。

实施例3：

一种由苹果渣制备氮气碳分子筛的方法，包括如下步骤：

步骤一：原材料预处理，对苹果废弃物资源进行预处理，先经过简单的清洗后，将苹果废弃物放入高速搅拌机中，加水，在1500rpm的速度下，搅拌10min，再将果核部分捞起后，通过挤压、烘干、粉碎，将原材料制成干燥地粉末，过筛得到预处理的原材料；

步骤二：碳化，将经过预处理的原材料放入碳化炉中，将原材料在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到最后的碳分子筛炭素材料。

所述预处理的原材料的粉末粒径为30-50μm。

所述的原材料碳化时的铺放厚度为3-5mm。

所述的碳化温度为1000℃。

对比实施例1

将实施例1中原材料的粉末粒径进行调整，其他制备条件不变，得到粉末粒径与最终的分子筛比表面积和孔径的关系如下：

由以上测试数据可以知道，原材料的粉末粒径对分子筛比表面积和孔径影响均较大，粉末粒径在100μm以内，孔径均可达到制备氮气的要求，但是考虑比表面积的大小，本发明的优选粒径为30-50μm。

对比实施例2

将实施例1中原材料的铺放厚度进行调整，其他制备条件不变，得到铺放厚度与最终的分子筛比表面积的关系如下：

由以上测试数据可以知道，原材料的铺放厚度对分子筛比表面积影响较大，铺放厚度在5mm以内，比表面积的大小变化不大，本发明的优选的铺放厚度为3-5mm。

对比实施例3

将实施例1中碳化温度进行调整，其他制备条件不变，得到碳化与最终的分子筛比表面积的关系如下：

由以上测试数据可以知道，原材料的碳化温度对分子筛比表面积影响较大，碳化温度在950℃以上，比表面积的大小变化不大，本发明的优选的碳化温度为950-1000℃。

以上实施例所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。