葵花籽壳制取活性炭的工艺研究.pdf

第 2 5卷第 3期 2 0 0 5年 9月 林 产 化 学 与 工 业 Ch e mi s t r y a n d I n d us t ry o f F o r e s t Pr o d u c t s Vo 1 2 5 No 3 S e p t 2 0 05 GA0 H 葵花籽壳制取 活性炭 的工艺研究 高 慧， 周学辉 ( 安徽农 业大学 林学与园林学院， 安徽 舍肥 2 3 0 0 3 6 ) 摘要： 以葵花籽壳为原料 ， 比较了水蒸气物理法、 磷酸转炉法和磷酸微波法制取的活性炭， 以磷酸微 波法制取 的活性炭各项性能较优 。在微 波功率为 7 0 0W 的条件 下， 采用正 交试验 法 对磷酸微 波法制取 活性炭性 能的影响 因素如 ： 活化剂浓度 、 处理 时间及催化 剂用量进行 系统研 究， 得 到磷 酸微 波法制备 活性 炭的 最佳 工 艺。亚 甲基 蓝吸 附值 的 最佳 工艺条 件 为磷 酸 浓度 3 0。 B e 、 活化时 间 2 5 m i n 、 催 化 剂 1用量 4 、 催 化 剂 2用 量 2 ； 碘 吸 附值 的 最佳 工 艺条件 为磷 酸 浓度 3 5。 B e 、 活化时间 2 5 m i n 、 催 化剂 1用量 4 、 催 化剂 2用 量 2 ； 焦糖脱 色率的最佳 工 艺条件 为磷 酸 浓度 3 0。 B e 、 活化时间 3 5 m i n 、 催 化剂 1用量 2 、 催 化剂 2用量 2。 关键词： 活性炭； 磷酸微波法； 催化剂； 葵花籽壳 中图分类号 ： T Q 4 2 4 1 9； T Q 9 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 2 5 3 2 4 1 7 ( 2 0 0 5 ) 0 3 0 0 6 7 0 4 RES EARCH 0N TECHN0L 0GY T0 P REP ARE ACTI VATED CARB0N FR0M S HELL 0F S UNF L0W ER S EED BY THE MI CR0W AVE METH0D GAO Hu i ，Z HOU Xu e - h u i ( C o l le g e ofF o r e s t r y a n d G a r d e n i n g ， A n h u i A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ， H ef e i ， 2 3 0 0 3 6 ，C h i n a) Ab s t r a c t ：A c t i v a t e d c a r b o n s f r o m t h e s h e l l o f s u n f l o w e r s e e d h a v e d i ff e r e n t q u a l i t i e s b y t h e p r e p a r a t i o n me t h o d s o f s t e a m a c t i v a t i o n，p h o s ph o ric a c i d - s p i nn i ng s t o v e a nd ph o s p ho ric a c i d - mi c r o wa v e Re s u l t s s h o we d t h a t t he p r o p e r t i e s o f a c t i v a t e d c arb o n b y p h o s p h o ric a c i d - mi c v o w a v e me thod a l e s u pe ri o r I n fl u e n c i n g f a c t o m o n p rope r t i e s o f a c t i v a t e d c arb o n s u c h a s p h o s p h o ric a c i d c o n c e n t r a t i o n a c t i v a t i o n ti me an d c a t a l y s t we r e s y s t e ma t i c all y s t u d i e d b y me an s o f o r _ t h o g o n al t e s t u n d e r mi c row a v e i r r a d i a t i o n o f 7 0 0 W T h e o p ti mu m c o n d i t i o n f o r d e c o l o r i z a t i o n c a p a c i t y o f me t h y l e n e b l u e wa s o b mi n e d a s fol l o ws ： p h o s p h o ri c a c i d c o n c e n t r a t i o n 3 0 。 B e ，a c t i v a t i o n t i me 2 5 mi n，c a t aly s t N o 1 4 ， c a t aly s t No 2 2 T h e o p t i mu m c o n d i t i o n for i o d i n e n u mb e r w a s o b t a i n e d a s f o l l o w s ：p h o s p h o ri c a c i d c o n c e n tr a t i o n 3 5 。 B e ，a c t i v a t i o n t i me 2 5 mi n，c a t aly s t No 1 4 ， c a t aly s t N o 2 2 T h e o p t i mu m c o n d i t i o n for d e c o l o r i z a t i o n c a - pa c i t y o f c ara me l a d s o r pt i on Was o b tai n e d a s f o l l o ws：p ho s p ho ric a c i d c o n c e n t r a t i on 30。 Be ，a c t i v a ti on t i me 35 mi n， c a t aly s t N o 、 1 2 c a t aly s t N o 2 2 Ke y wo r d s ：a c t i v a t e d c arb o n；p h o s p h o ric a c i d - mi c row a v e me thod ；c a t a l y s t ；s h e l l o f s u nfl o we r s e e d 向1 3 葵原产北美的西南部 ， 传到我 国已有近 4 0 0年的历史 。作为一种重要 的油料作物 ， 其产量在世 界上仅次于大豆、 棉籽等， 是 5 大油料作物之一。葵花籽油质地纯正， 油色清亮， 油中亚油酸和 一 生育 酚含量高 ， 对人体新陈代谢 、 调节血压 、 降低血清胆 固醇有重要作用 ， 所 以葵花籽油越来越受人们 的喜 爱。我国向13葵产区主要分布在西南 、 北方的一些地区 ， 年产量达 1 2 5万 t ， 向 13葵籽壳是其 副产品 ， 作 为食用油脂工业的下脚料 ， 大部分作为燃料烧掉 ， 如果将其炭化和活化制成活性炭 ， 不仅可 以变废 为宝 ， 实现资源再利用 ， 提高企业效益 ， 还将缓解活性炭在国内外供不应求的局面。 作者以葵花籽壳为研究对象 ， 分别采用水蒸气物理法、 磷酸转炉法和磷酸微波法对其进行炭化和活 化 ， 并对活性炭的质量进行了比较 ， 对磷酸微波法采用正交试验 ， 选 出最佳工艺条件。 收稿 日期 ： 2 0 0 4一o 7一 o 2 作者简 介： 高 慧( 1 9 6 6一) ， 女 ， 安徽 六安人 ， 副教授 ， 主要从事林产化学方面 的教学和科研。 维普资讯 6 8 林产化学与工业 第 2 5卷 1 材料与方法 1 1 材料及试剂 所用葵花籽壳由内蒙古鄂杜克旗嘉市油脂有限公司提供 ， 经剥壳机脱壳后几何尺寸 ： ( 1 11 3 m m) ( 38 m m)( 0 2 50 3 5 mm) 。经过实验粉碎机粉碎后原料几何尺寸 ： 2 m m3 m l n( 0 2 5 0 3 5 m m) 。制备活性炭所用的磷酸以及测定活性炭性能的试剂均为分析纯 。 1 2试验步骤 水蒸气物理法 ： 在 4 0 0 4 5 0 o C下炭化 2 h ， 再在 8 5 0 9 2 0 o C下 ， 以过热水蒸气为活化剂 ， 活化时间 为 3 h ； 磷酸转炉法 ： 用 4 O。 B e 的磷酸按料液 比( g ： m L ) 1 ： 3浸渍葵花籽壳 1 2 h ， 然后在 4 0 0 5 0 0 o C下炭 活化 2 5 h ； 磷酸微波法 ： 用 4 O。 B e 的磷酸按料液比 1 ： 3浸渍葵花籽壳 1 2 h ， 倒人耐高温的坩埚中， 然后 在微波功率 7 0 0 W ， 加热时间 2 0 mi n的条件下进行炭活化。两种化学法成炭后 ， 取出用 7 O一 8 O热水 反复洗涤 ， 直至洗涤液的 p H值达到 5 6 ， 烘干， 研细， 通过 2 0 0目筛 ， 备检。 1 3 检测方法 测定活性炭的焦糖脱色率 ( A法 ) 、 亚 甲基蓝吸附值 、 碘 吸附值 ， 依据 G B T 1 2 4 9 6 、11 2 4 9 6 、 2 2 1 9 9 9检测。 2 结果与分析 2 1 不同生产方法制备活性炭 国内活性炭的生产主要分物理活化法和化学活化法两大类。物理活化法主要 以水蒸气作为活化剂 为主， 化学活化法主要以氯化锌和磷酸作为活化剂为主。磷酸法与氯化锌法相 比， 具有污染较轻 ， 成本 较低等优点 ， 已经成为当今世界活性炭工业中的主要生产工艺之一。近几年， 随着微波技术的发展 ， 微 波加热技术在活性炭生产上的应用正在研究中 。为了探讨不同生产方法制备葵花籽壳活性炭的质 量的区别 ， 采用了最具代表性的 3种方法进行了比较 ， 制备条件见 1 2节 ， 结果见表 1 。 表 1 不 同生产方法对活性炭质量 的影 响 T a b l e 1 E ff e c t s o f d i ff e r e n t p r e p a r a t i o n me t h o d s o n t h e q u a l i t y o f a c t i v a t e d c arb o n 由表 1 可见 ， 物理法的得率很低， 碘吸附值 、 亚 甲基蓝吸附值也 比化学法低， 焦糖脱色率更低 ， 几乎 测不 出来 。不论 是磷 酸 转炉 法 ， 还 是磷 酸 微 波法 ， 它们 的焦 糖脱 色 率都 超 过 了 国家 一级 品标 准 ( 1 0 0 ) ， 亚甲基蓝吸附值都比物理法高 ， 所以要制造过渡孔和大孔 比较发达的活性炭 ， 必须采用化学 活化法。比较这两种化学活化法 ， 活性炭的质量指标都差不多 ， 但微波法活化仅需要 2 5 m i n ， 而常规化 学转炉法却需要 3 h ， 因此微波法的工艺具有成本低 ， 效率高的优点 ， 同时， 微波法容易实现生 产 自动化 控制 ， 这将会改善生产操作环境 ， 降低劳动强度 ， 减少环境污染 。综上所述 ， 作者认为磷酸微波法是一个 值得推广的方法。 2 2正交试 验 结果及 分析 经过多次摸索性试验研究 ， 发现微波功率对活性炭的吸附性能影响很小 ， 故将功率定为 7 0 0 W， 选 择对活性炭性能影响最大的 4个因素 ： 磷酸浓度 、 活化时间、 催化剂 1用量和催化剂 2用量 ， 采用正交表 L 。 ( 3 ) 进行正交试验 ， 见表 2 。 极差 尺的大小反映了因子变化时试验指标的变化幅度。比较表 3中 4个因素的极差 尺， 可见对亚 甲基蓝吸附值 ， 因素 A的极差最大 ， 极差愈大 ， 反映该因素水平变动时指标 的变化愈大 ， 即该 因素对指 维普资讯 第3期 高 慧， 等： 葵花籽壳制取活性炭的工艺研究 标 的影响愈大 ， 由此可得对亚甲基蓝吸附值 因素的主次顺序 A C B D， 最优水平是 A 。 B C D 。 ， 即 最佳条件 为磷酸浓度 3 O 。 B e ， 活化时间 3 5 m i n ， 催化剂 1 用量 4 ， 催化剂 2用量 2。对碘 吸附值 因 素 C的极差最大 ， 各因素的主次顺序 C A B D， 最优水平是 A ： B C ： D ， 即最佳条件为磷酸浓度 3 5 。 B e ， 活化时间 2 5 m i n ， 催化剂 1用量 4 ， 催化剂2用量 2 。对焦糖脱色率因素 A极差最大 ， 因素 B 次之 ， 因素 C最小 ， 各因素的主次顺序为 A BD C， 最优水平是 A。 B C 。 D 。 ， 即最佳条件为磷酸浓 度3 O 。 B e ， 活化时间 3 5 m i n ， 催化剂 1用量 2 ， 催化剂 2用量 2。 表 2正交试 验方案及 结果 T a b l e 2 Re s u l t s o f o r t h o g o n a l t e s t mL 。 O l g - 1 一 A B C D 碘 吸附值 ( m g g - 1 ) 焦糖脱色率 i o d i n e n umb e r c a u n e l d e c o l o r iz a t i o n A B C D A B C D 1 ) 显著 s i g n i fi c a n t ； 极显著 v e r y s i g n i fi c ant 由表 4可知 ， 根据极差分析因素 D对亚 甲基蓝吸附值影响最弱 ， 故将 D作 为误差来分析其它 3个 因素， 得因素A、 B和C对亚甲基蓝吸附值的影响都不显著， 但从数值看， 其中因素A相对其它因素为最 维普资讯 7 0 林产化学与工业 第 2 5卷 主要 的， 这与极差分析的结果完全一致 。同样因素 A和 B对碘吸附值影响都不显著 ， 但 因素 C的用量 对碘吸附值影响是显著的。对焦糖脱色率来说 ， 因素 A影响极显著 ， 因素 B和 D的用量影响显著。 3 结 论 3 1 物理法 、 磷酸转炉法和磷酸微波法生产出的活性炭各有特点 ， 相 比而言 ， 化学法优于物理法 ， 磷酸 微波法优于转炉法。微波法是值得推广的一种生产活性炭的方法。 3 2 在本试验条件下， 对于亚 甲基蓝吸附值和焦糖脱色率 ， 主要影响因素是磷酸浓度 ； 对于碘 吸附值 ， 主要影响因素是催化剂 1用量。 3 3 亚甲基蓝吸附值 的最佳工艺条件为磷酸浓度 3 O 。 B e 、 活化时间 2 5 mi n 、 催化剂 1 用量 4 、 催化剂 2用量 2； 碘吸附值 的最佳工艺条件为磷酸浓度 3 5。 B e 、 2 5 ra i n 、 催化剂 1 用量 4、 催化剂 2用量 2 ； 焦糖脱色率的最佳工艺条件为磷酸浓度 3 O 。 B e 、 3 5 m i n 、 催化剂 1 用量 2、 催化剂 2用量 2 。 参考文献 1 郏其庚 活性 炭的应用 M 上海： 华东理工大学 出版社 ， 2 0 0 3 2 国家林业局职业技能鉴定指导 中心 木材热解与活性炭生产 M 北京 ： 中国物资出版社 ， 2 0 0 3 3 樊希安 ， 彭金辉 ， 秦文峰 ， 等 微波辐射处理竹节废料制备活性炭研究 J 林 产化学 与工业 ， 2 0 0 3， 2 3 ( 3 ) ： 5 6 6 0 4 曾秋成 技术数理统计方法 M 合肥 ： 安徽科技 出版社 ， 1 9 8 2 护 护 护 护 欢 迎 订 阅 2 0 0 6年下 列 刊物 林业科学 是中国林学会主办的林业综合性学术期刊， 创4： aJ 于1 9 5 5年。在三届“ 国家期刊奖” 评选中， 两次荣获 中国期4： aJ 最高奖“国家期刊奖” ， 一次名列“ 国家期刊奖提名奖” 第一名。代表中国林业科学研究和林业科技期刊的 最高水平 。主要刊登林业及相 关领域的 最新科研成果 ， 及 时反 映 国家林业建设 重点和热点 ， 评述 学术动 向， 开展 学术讨 论 ， 促 进 国内外学术交流。内容包括 森林培 育、 森林生 态、 林木 遗传 育种 、 森林保 护、 森林 经理 、 森林 与生 态环境 、 生物 多 样性保护、 野生动植物保护与利用、 园林植物与观赏园艺、 经济林、 水土保持与荒漠化治理、 林业可持续发展、 森林工程、 木材科 学与技术 、 林产化学加 工工程 、 林业经济及林业宏观 决策研究等 方面。以学术论 文、 研 究报告 、 综述 为主 ， 还设有 学术问题讨论、 研究简报、 科技动态、 新书评介等栏 目。主要刊登中文论文， 同时接受英文稿件( 附中文摘要) ， 读者对象 为国内外从事林业及相关领域研究的科技人员、 林业管理干部以及高等院校的师生。 该刊 自2 0 0 6年起 由双月刊变更为月刊 。每 月 2 5 日出版 ， 大 1 6开， 每期 1 2 8页， 单价 ： 2 5元， 全年 3 0 0元 。国 内外公 开发行， 刊号： C N l 1 1 9 0 8 S 。邮发代号： 8 2 - 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