1、高溫炭化法制備竹炭的研究論文摘要：采用高溫炭化法制備竹炭。研究了溫度、保溫時(shí)間和升溫速率對(duì)竹炭吸附性能的影響，并通過(guò)N 吸附等溫線(xiàn)對(duì)其孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果說(shuō)明，隨著溫度、保溫時(shí)間的增大，竹炭的亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈現(xiàn)逐步增長(zhǎng)的趨勢(shì)；升溫速率的提高，促進(jìn)了炭素前驅(qū)體石墨化程度的提高，不利于竹炭孔隙結(jié)構(gòu)的興旺；高溫炭化法可以制得微孔、中孔、大孔較興旺的竹炭。在較佳的實(shí)驗(yàn)條件下，高溫炭化法可制得竹炭的亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值分布為280mg/g和947.3mg/g。論文關(guān)鍵詞：高溫炭化,竹炭,吸附竹材作為一種多孔介質(zhì)材料，熱解后形成的竹炭具有特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，且有一定的比外表積，廣泛用于調(diào)濕、有害

2、氣體的去除以及水體中有機(jī)污染物和重金屬的去除。近年，隨著竹材加工工業(yè)的開(kāi)展，在其加工過(guò)程中，將出現(xiàn)很多竹刨花、竹屑等加工剩余物，企業(yè)一般將其作為燃料，如果將竹材及其副產(chǎn)品用于制備竹炭、竹活性炭等環(huán)節(jié)友好型吸附材料，可為竹炭、竹活性炭的制備提供良好的原料來(lái)源。本研究采用高溫炭化的方法制備竹炭，討論了炭化溫度、保溫時(shí)間和升溫速率對(duì)竹炭吸附性能的影響，并對(duì)其進(jìn)行表征，以期為竹炭的制備和應(yīng)用提供理論根底。1材料與方法1.1原料以南平邵武市產(chǎn)的毛竹為原料 亞甲基藍(lán) (mg/g) 碘值(mg/g) 500-5-4 32.78 32.5 546.0 600-5-4 26.86 35.5 593.3 700-

3、5-4 21.39 38.5 681.2 800-5-4 17.05 121 823.2 900-5-4 14.71 235 873.9 1000-5-4 8.31 182.5 842.1 900-5-2 17.92 175 725.1 900-5-4 14.71 235 873.9 900-5-6 10.15 280 947.3 900-5-8 7.84 283 972.5 900-5-10 2.06 302.5 1032.8 900-3-4 14.01 212.5 809.4 900-5-4 14.71 235 873.9 900-10-4 15.65 227.5 833 900-15-4

4、 14.32 230.5 819.3 注：500-5-4表示500-5/min-4h2結(jié)果與討論2.1溫度的影響為了解炭化的溫度對(duì)竹炭性能的影響，研究以5/min的升溫速率到5001000，保溫4h制備竹炭，結(jié)果列于表1。由表1可知，隨著炭化溫度的升高，竹炭的得率呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，從500的32.78%降低到1000的8.31%，這是由于隨著溫度的升高，竹屑熱分解反響進(jìn)行得劇烈，燒失增大，得率降低。亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在500700時(shí)變化不大，700900時(shí)，有了較大的增加，分別從700的38.5mg/g和681.2mg/g上升到900的235mg/g和873.9mg

5、/g，而當(dāng)溫度繼續(xù)上升到1000時(shí)，又有所下降。這是由于溫度高時(shí)，反響進(jìn)行的比擬劇烈，能在較短的時(shí)間內(nèi)，生成興旺的微孔，但溫度過(guò)高時(shí)，反響進(jìn)行的太快，反而會(huì)使微孔進(jìn)一步燒失成中孔或大孔。2.2保溫時(shí)間的影響為了解保溫時(shí)間對(duì)竹炭性能的影響，研究以5/min的升溫速率到900，保溫210h制備竹炭，結(jié)果列于表1。由表1可知，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，竹炭的得率呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，從2h的17.92%下降到1000的2.06%，這是由于隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，熱分解反響進(jìn)行得越充分，燒失增大，得率降低。亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，其中24h有較大的增加，分別從2h的175mg/g和725.1m

6、g/g增加到4h的235mg/g和873.9mg/g，46h階段，也有較大的增長(zhǎng)趨勢(shì)，6h時(shí)分別到達(dá)280mg/g和947.3mg/g，610h階段，變化較小，根本到達(dá)平衡。這是由于保溫時(shí)間太短，活化反響進(jìn)行得不夠充分，氧氣只在物料的表層發(fā)生反響，沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)入里層進(jìn)行反響，所以吸附性能比擬差。保溫時(shí)間太長(zhǎng)，活化反響進(jìn)行得比擬充分，在孔隙結(jié)構(gòu)生成的同時(shí)，也有大量的孔隙結(jié)構(gòu)被燒失，故吸附性能變化不大。2.3升溫速率的影響為了解升溫速率對(duì)竹炭性能的影響，研究以315/min的升溫速率到900，保溫4h制備竹炭，結(jié)果列于表1。由表1可知，隨著升溫速率的提高，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值均呈現(xiàn)先

7、升后降的趨勢(shì)，得率在10/min到達(dá)最大，為15.65%，而亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值在升溫速率為5/min到達(dá)最大，分別為235mg/g和873.9mg/g。這是由于升溫速率的提高可使木質(zhì)原料的熱分解加快，氣體釋放的速率加快，燒失增多，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較多適宜的游離基，而且氣體析出速率增加，促進(jìn)了炭素前驅(qū)體石墨化程度的提高，不利于竹炭孔隙結(jié)構(gòu)的興旺。由表1還可知，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值隨升溫速率的升高，變化不大，總體保持平衡，說(shuō)明升溫速率對(duì)其影響不大。2.4N吸附等溫線(xiàn)的分析吸附等溫線(xiàn)常用來(lái)表示吸附系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，還可以用來(lái)計(jì)算吸附劑的比外表積、孔隙體積和孔徑分布等。圖1描述了900，保溫

8、28h的竹炭吸附等溫線(xiàn)。由圖1可以看出，不同保溫時(shí)間的N吸附等溫線(xiàn)的形狀相似，氮?dú)馕樟康脑黾硬粌H在低相對(duì)壓力下，而且在整個(gè)壓力范圍內(nèi)也是明顯的。按國(guó)際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)IUPAC的分類(lèi)，該類(lèi)等溫線(xiàn)屬于型和型的結(jié)合型，說(shuō)明該竹炭具有較興旺的中孔和微孔。由圖1明顯看出，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，竹炭對(duì)氮?dú)獾奈侥芰σ搽S之升高。在相對(duì)壓力小于0.1時(shí)，微孔被完全填充，而隨著相對(duì)壓力的進(jìn)一步增大，對(duì)應(yīng)的吸附容積也不斷增大該階段為中孔的填充過(guò)程，說(shuō)明具有興旺的中孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)相對(duì)壓力大于0.9時(shí)，氮?dú)馕搅磕敲闯霈F(xiàn)較大的增加，即吸附等溫線(xiàn)有脫尾;現(xiàn)象，說(shuō)明大孔也較興旺。根據(jù)以上分析可知，竹炭具有興旺的微孔、中

9、孔、大孔結(jié)構(gòu)，且隨溫度的升高，孔隙結(jié)構(gòu)越興旺。由圖1還可知，6h和8h的吸附等溫線(xiàn)比擬接近，說(shuō)明這兩種條件下制得的竹炭孔隙結(jié)構(gòu)差不多，時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)影響不大。而26h的吸附等溫線(xiàn)在對(duì)應(yīng)的相對(duì)壓力下，有較大的變化，說(shuō)明在該階段，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，有利于竹炭孔隙結(jié)構(gòu)的興旺。3結(jié)論1隨著溫度、保溫時(shí)間的增大，竹炭的亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈現(xiàn)逐步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。升溫速率的提高，促進(jìn)了炭素前驅(qū)體石墨化程度的提高，不利于竹炭孔隙結(jié)構(gòu)的興旺。2根據(jù)N吸附等溫線(xiàn)的分析，高溫炭化法可以制得微孔、中孔、大孔較興旺的竹炭。3在較佳的實(shí)驗(yàn)條件下，高溫炭化法可制得竹炭的亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值分布為280mg/

10、g和947.3mg/g。參考文獻(xiàn)3 張齊生.重視竹材化學(xué)利用、開(kāi)發(fā)竹炭應(yīng)用技術(shù).南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,25(1):1-4.7 Song-Yung Wang,Ming-Hsiu Tsai,Sheng-Fong Lo,et al.Effects of manufacturing conditions on the adsorption capacity of heavy metal ions by Makino bamboocharcoal.Bioresource Technology,2021,99(15):7027-7033.9 Kei Mizuta,Toshitatsu Matsumoto,Yasuo Hatate,et al.Removal of nitrate瞡itrogen from drinking water using bamboo powder charcoal.Bioresource Technology,2004,95(3):255-257.11 R.Arriagada,R.Garca,M.Molina-Sabio,et