（环境工程专业论文）竹炭在染料和糖蜜酒精废水处理中的应用研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 竹炭是天然可再生资源竹材热解的产物，是一种具有较大比表面积和较强吸附性能的 新型环保材料。由于其发达的孑l 隙结构，它对废水中的一些污染物质有一定的吸附作用。 本文从竹炭对废水中亚甲基蓝、氨氮( n f l 4 + ) 、糖蜜酒精废水中c o d 的吸附性能及机理， 以及竹炭吸附与微波辐射协同作用降解糖蜜酒精废水中c o d 的可行性进行了研究，为竹 炭在废水处理中的实际应用提供有益的参考。所得主要研究结果如下： 1 四种动力学模型对比分析得出准二级动力学模型能更好地描述不同温度下竹炭对 亚甲基蓝吸附过程，吸附表观活化能历为5 3 9 4 k j m o l ；竹炭对亚甲基蓝的吸附等温线符 合l a n g m u i r 方程式，温度从3 0 。c 升高到5 0 。c ，最大饱和吸附容量g 。从5 8 4 8 m g g 升高 到6 9 9 3 m g g ，不同温度下反应的自由能变a g 都小于0 ，反应为自发过程，吸附标准焓 变4 h o 为3 6 8 3 k j m o l ，以物理吸附为主；当竹炭与亚甲基蓝的质量比分别大于2 6 ：l 、2 4 ：1 和2 2 ：1 时，平衡溶液中亚甲基蓝浓度小于0 5 m g l 。 2 不同温度下竹炭对氨氮的吸附动力学过程能很好地遵循准二级动力学模型，吸附 速率常数随温度的增高而增大，吸附活化能既为2 0 5 8 3 k j m o l ；竹炭对氨氮的等温吸附 均可用l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 方程较好拟合，f r e u n d l i c h 方程拟合的线性更好；投加15 o g 竹炭，氨氮去除率可高达9 3 3 7 ，p h 值对吸附影响较大，碱性明显优于酸性条件，中温 竹炭对氨氮的吸附效果好于高温竹炭。 3 竹炭对糖蜜酒精废水中c o d 的吸附过程符合准二级动力学方程，相关系数月2 为 0 9 9 8 5 ，l a n g m u i r 和f r c u n d l i c h 等温吸附方程均能较好地描述竹炭对废水中c o d 的吸附 行为，粒径为0 1 2 5 0 2 0 m m 时c o d 去除率最高，吸附2 h 基本达到平衡，废水的初始 p h 值可以满足实际工程的要求，在实验所试的废水浓度范围内，处理出水c o d 浓度均 能达到酒精工业废水二级排放标准( c o d 一2 0 0 m g l ) 。 4 竹炭吸附与微波辐射协同作用降解糖蜜酒精废水的处理方法具有处理时间短、 c o d 去除率高等优点，是一种行之有效的方法，处理反应过程近似一级反应。不同处理 工艺相比，竹炭微波辐射协同作用的处理工艺比单纯的微波辐射和单纯竹炭吸附的工艺 有明显的优越性，相同条件下c o d 去除率分别是两者的6 8 倍和1 4 倍。废水中c o d 的 去除原理可认为是有机污染物首先被吸附到竹炭表面，然后被微波辐射产生的高温“热点” 氧化而降解。在竹炭投加o 5 9 ，振荡4 5 m i n ，微波功率6 0 0 w ，微波辐射4 m i n 的处理条 件下，废水中c o d 的去除率高达8 4 9 8 ，处理出水c o d 浓度达到生活杂用水水质标准 ( c o d 一 5 0 m g l ) 。 关键词：竹炭；吸附；亚甲基蓝；糖蜜酒精废水；动力学；热力学；等温线 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t b a m b o oc h a r c o a li sam a i np r o d u c ti nt h ep y r o l y i s sp r o c e s so fn a t u r ea n dr e n e w a b l e b a m b o o i ti san e we n v i r o n m e n t a lp r o t e c tm a t e r i a lw i t h l a r g es p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n d e x c e l l e n ta d s o r p t i o n b a m b o oc h a r c o a lh a st h ef a v o u r a b l ea b s o r p t i o n p r o p e r t i e s t ot h e c o n t a m i n a t i o ni nt h ew a s t e w a t e rb e c a u s ei th a sa na d v a n c e dc o m p o s i t i o no fs m a l l - o p e n i n g s t h i sp a p e rw i l lb ea i dt ot h ea b s o r p t i o np r o p e r t ya n da b s o r p t i o nm a c h i n s mo fm e t h y l e n eb l u e ， a m m o n i a ( n 心+ ) ，c o do fm o l a s s e sa n da l c o h o lw a s t e w a t e ro nb a m b o oc h a r c o a li nt h e w a s t w a t e r , a n dt h ef e a s i b i l i t ys t u d yo nb a m b o oc h a r c o a la b s o r p t i o na n dm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n a c ti nc o n c e r tt or e d u c tt h ec o do fm o l s s e sa n da l c o h 0 1w a s t e w a t e r i tc o u l da t t r i b u t et o p r a c t i c a la p p l i c a t i o no fb a m b o oc h a r c o a li nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i tw a sf o u n dt h a tt h ea b s o r p t i o nk i n e t i co fm e t h y l e n eb l u eo nb a m b o oc h a r c o a lc o u l db e d e s c r i b e db e s tb yp s e u d o - s e c o n do r d e rk i n e t i cm o d e li nf o u ra d s o r p t i o nk i n e t i c s e sm o d e l t h e a p p a r e n ta b s o r p t i o na c t i v a t i o ne n e r g yo fa b s o r p t i o n 己i s5 3 9 4 k j m o lr e s p e c t i v e l y t h e a b s o r p t i o np r e c e s so fm e t h e l e n eb l u eo nb a m b o oc h a r c o a lw e l ef i t t e db yl a n g m u i ni s o t h e r m m o d e l t h em a x i m u l l la b s o r p t i o nc a p c i t yo fm e t h y l e n eb l u ep e rg r a mb a m b o oc h a r c o a lq m “ w e r ef r o m5 8 4 8 m g gt o6 9 9 3 m g gf o rt h et e m p e r a t u r er a n g eo f3 0 。ct o5 0 。c t h es t a n d a r d f r e ee n e r g ya gi nt h ed i f f e r e n tt e m p e r r i t u r e sw a sc a l c u l a t e d t h ev a l u e ss h o w e dt h ea b s o r p t i o n o fm e t h y l e n eb l u eb yb a m b o oc h a r c o a lw a sas p o n t a n e o u sp r o c e s s t h es t a n d a r de n t h a l p y 西h 。 w a s3 6 8 3 k j m 0 1 t h ea b s o r p t i o np r o c e s sw a sp h y s i c a la b s o r p t i o n t h ee q u i l i b r i u mm e t h y l e n e b l u ec o n c e n t r a t i o nw o u n db el e s st h a n0 2 m g lw h e nr a t i oo fb a m b o oc h a r c o a lt om e t h y l e n e b l u el a r g e rt h a n2 6 ：1 ，2 4 ：1a n d2 2 ：1a tt h et e m p e r a t u r ei s3 0 c ，4 0 ca n d5 0 cr e s p e c t i v e l y 2 t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea b s o r p t i o nk i n e t i co fa m m o n i ao nb a m b o oc h a r c o a lf i r e dw e l l t ot h ep s e u d o s e c o n do r d e rk i n e t i cm o d e li nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s t h er a t eo fa d s o r p t i o no f a m m o n i ao nb a m b o oc h a r c o a li n c r e a s e dw i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g t h ea p p a r e n t a b s o r p t i o na c t i v a t i o ne n e r g yo fa b s o r p t i o n 易i s2 0 5 8 3 k j m o lr e s p e c t i v e l y t h ea b s o r p t i o n i s o t h e r mo fa m m o n i ao nb a m b o oc h a r c o a lc o u l db ew e l ld e s c r i b l e du s i n gl a n g m u i ra n d f r e u n d l i c hi s o t h e r mm o d e l t h ed a t ao b t a i n e dl a n g m u i ri s o t h e r mm o d e lw a sb e t t e rt h a n f r e u n d l i c hi s o t h e r mm o d e l t h ea m m o n i ar e m o v a lr a t i o nw a s9 3 3 7 w h e nt h ed o s a g eo f b a m b o oc h a r c o a lw a s15 0 9 t h ep hw i l l st h em a i nf a c t o rw h i c ha f f e c t e dt h ea b s o r p t i o n t h e d a t ai n d i c a t e dt h a tt h ea b s o r p t i o nr e s u l to fa m m o n i ao nb a m b o oc h a r c o a lw a si n c r e a s i n gw h e n t h ep hw a si n c r e a s i n g t h ea b s o r p t i o nr e s u l to fa m m o n i ao nm e d i u m s i d et e m p e r a t u r eb a m b o o c h a r c o a lw a sb e t t e rt h a nh i g h e rt e m p e r a t u r ei nt h es a m ec o n d i t i o n 桂林工学院硕士学位论文 3 t h ed a t ao b t a i n e df r o mk i n e t i cc o u l db ew e l ld e s c r i b e du s i n gp s e u d o s e c o n d o r d e r m o d e lr e s p e c t i v e l yw i t ht h er e l a t i o n s h i pc o e f f i c i e n ti rw a so 9 9 8 5 a n dt h ei s o t h e r mc o u l db e w e l ld e s c r i b e du s i n gl a n g m u i ri s o t h e r mm o d e la n df r e u n d l i c hi s o t h e r mm o d e l t h ec o d r e m o v a lr a t i o nw a sh i g l h t e s tw h e nt h es i z ew a s0 1 2 5 0 2 0 m m t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o w e dt h a tt h ee q u i l i b r i u mt i m ew a s2 h t h ep ho ft h ew a s t e w a t e rc o u l db es a t i f i c e dw i t ht h e a c t u a l p r o j e c t t h ee f f l u e n t - q u a l i t ys t a n d a rc o m eu pt oa l c o h o li n d u s t r i a l e f f l u e n t s s e c o n d - p r e s c r i p t i o ns t a n d a r ( c o d 、 2 0 0 m g l ) 4 t h et r e a t m e n tm e t h o do fm o l a s s e sa n da l c o h 0 1b yb a m b o oc h a r c o a la b s o r p t i o na n d m i c r o w a v ei r r a d i a t i o na c ti nc o n c e r tt or e d u c tw a sf e a s i b l ew h i tr a p i da n dh i g h tc o dr e m o v a l r a t i o n t h et r e a t m e n tr e a c t i o nw a s a p p r o m i a t et h ef i r s t - o r d e rm o d e l b a m b o oc h a r c o a l a b s o r p t i o n - m i c r o w a v ei r r a d i a t i o nw o r k e dt o g e t h e rw a sb e t t e rt h a nb a m b o oc h a r c o a la b s o r p t i o n a n dm i r c r o w a v ei n d e p e n d e n t 1 1 1 ec o dr e m o v a lr a t i o nw a s6 8a n d1 4t i m e si nt h es a m e c o n d i t i o n t h er e m o v a lp r i n c i p l eo fc o di nw a s t e w a t e rc o u l db ec o n s i d e r e da st h a tt h eo r g i m i c c o n t a m i n a n tw a sa b s o r p t e dt ot h es u r f a c eo fb a m b o oc h a r c o a la n dt h e nb er e m o v e db yh i g e r t e m p e r a t u r eo fm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n n ec o dr e m o v a lr a t i o no fm o l a s s e sa n da l c o h o l w a s t e w a t e rw a s8 4 9 8 w h e nt h ed o s a g eo fb a m b o oc h a r c o a lw a s0 5 9 ，o s l i l l a t i n g4 5 m i n ， m i c r o w a v ei r r a d i a t i o np o w e rw a s6 0 0 w m i c r o w a v er a d i a t i n g5 m i n t h ee f f l u e n t q u a l i t y s t a n d a rc o m eu pt om i s c e l l a n e o u sw a t e rf o rl i f e ( c o d 一5 0 m g l ) k e y w o r d s ：b a m b o oc h a r c o a l ；a d s o r p t i o n ；m e t h y l e n eb l u e ；m o l a s s e sa n da l c o h o lw a s t e w a t e r ； k i n e t i c s ；t h e r m o d y n a m i c s ；i s o t h e r m 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在朱义年教授指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特另t l d l 以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ：翼至复：坌： 签字日期： 尘竺墨：鱼：生 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求 提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目 录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文：在不以 赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规 定) 学位论文作者( 签字) ：里堕查! 指导教师签字：至兰辛 签字日期：坌! ! ! ：鱼：箩 桂林工学院硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 我国有丰富的竹类资源和悠久的竹子栽培加工历史，素有“竹子王国”之称。由于全球 性的环境问题同益突出和人类环保意识的增加以及我国天然林保护工程的启动，国内的木 材供需矛盾同益突出，限制了木炭产业的发展【l 】。而采用竹子烧制的竹炭作为一种新型的 环境保护材料和机能材料，既能获得经济效益、生态效益和社会效益，又能促进竹类资源 产业化的丌发和提升，具有广阔的发展空间。对它的研究和丌发在短短几年的时阳j 罩逐渐 兴起，成为竹资源研究开发领域的热点问题。 当今，世界人口的迅猛增加和工业的高速发展，致使本来就十分短缺的水资源更加短 缺，废水深度处理并回收利用势在必行f 2 1 。吸附法以其能够选择性地富集某些污染物的特 性在废水处理领域有着特殊的地位。目前，应用或研究最多的吸附刺有：活性炭、树脂、 粘土、硅胶、沸石、壳质等1 3 , 4 , 5 j 。但都存在缺点，如被广泛认可的活性炭，由于其较高的 价格、再生费用及可能造成第二次污染等阻碍了其在废水处理中的大规模应用。因此，人 们一直在寻找更廉价，吸附性能更优的吸附材料来代替活性炭。竹炭是竹材热解得到的主 要产品，是一种具有发达的内部孔隙结构，具有较大比表面积和强吸附性的新型环保材料。 我国是世界上竹类资源最丰富的国家，且竹子具有生长周期短、成材快、易更新等特点。 本文研究以廉价的可再生资源竹炭代替活性炭，利用竹炭的吸附性能对亚甲基蓝、氨氮 ( n h 4 + ) 废水及糖蜜酒精废水进行深度处理研究，既符合可持续发展要求，也符合国家 所提倡的创建节约型社会的号召。 1 2 竹炭概述 1 2 1 竹材资源概况 竹材是可再生生物资源之一，具有生长快、成材早、产量高的优点。据统计，目f i f 全世界有竹类植物5 0 多属，1 2 0 0 余种，竹林面积2 2 0 0 万h m 2 。我国是世界竹材资源中 心，有竹类植物4 0 多属，5 0 0 余种，竹林面积7 2 0 力h m 2 ，其中纯竹林4 2 0 万h m 2 ，原始 高山竹丛3 0 0 力- h m 2 ，纯竹林面积约为世界竹林总面积的1 5 。近年来以每年1 0 0 力h r n 2 的速度递增。竹子在我国素有第二森林之称。全国的竹类资源中，以毛竹最多，主要分布 在长江以南的浙江、江西、福建、湖南、湖北、安徽、广东、广西、四川和贵州等地，毛 竹林总面积3 0 0 万h m 2 ，毛竹蓄积量9 1 2 亿株。每年可砍毛竹5 亿多支、杂竹3 0 0 多万 桂林工学院硕士学位论文 吨，相当于1 0 0 0 余万立方米木材，约占木材年采伐量的1 5 以上。与木材相比，竹子具 有生长速度快、再生能力强、易于大面积种植、且具高力学性能等特点【6 1 。开展竹材综合 利用，是解决同前森林资源严重匾乏的最佳途径，是使林业资源利用进入良性循环和可持 续发展的有力措施之一。广西作为一个竹类资源丰富地区，为地区丌展竹类资源有效利用， 开发竹炭系列产品，提供了十分有利的条件。 1 2 2 竹炭的产生背景及研究现状 随着人类文明的进步、工业的增长、地球人口急增，环境污染加剧而受到重视。矿物 资源的不断枯竭，天然林资源的减少及保护森林、尘念坏境的时代要求，人们越来越关注 生长快、成材早、产量高的可再生资源竹材的高效丌发利用；而竹炭作为一种炭化物， 可用固体形念直接将碳元素固定下来，使碳元素不会形成c 0 2 进入大气中，造成c 0 2 浓 度增加，有间接降低大气温室效应的环境效益。竹炭作为机能性材料和环境保护材料正是 在这种背景下应运而生，并引起人们的高度重视。因此，在2 0 世纪9 0 年代以来，竹材炭 化的研究成为可再生生物质资源热解的一个研究热点。在我国和r 本，竹炭的生产和销售 企业蓬勃兴起，但关于竹炭的科学研究还刚刚起步，且主要集中在亚洲的同本、中国和韩 国，此外印度、印度尼西亚、马来西亚、巴西和哥斯达黎加等也有学者对竹炭进行研究【7 】。 关于竹炭的研究可归纳为以下几方面： ( 1 ) 竹炭烧制的前处理研究同本京都大学木质材料研究所的野村隆哉先生对炭材进 行烟熏前处理后发现，经过烟熏前处理的炭材烧制的竹炭质量好1 8 l ： ( 2 ) 烧制温度对竹炭质量的影响根据控制温度获得所需的炭种； ( 3 ) 炭化工艺和设备的研究主要进行土窑、简易炉和连续式干馏炉等炭化过程的研 究； ( 4 ) 竹炭用途的开发研究主要利用竹炭机能性丌发新型材料，比如开发净水和空气 净化炭，以及制作内含竹炭粉的枕头、帽子、垫子等生活用品和农林业的应用研究； ( 5 ) 竹炭机能性机理的研究； ( 6 ) 竹醋液的成分分析及应用研究等。 我国自1 9 9 5 年丌始烧制竹炭，在浙江省的衡县、新昌、遂昌及福建的建欧等地先后 开发了竹炭系列产品，出口日本、韩国，涌现了一批竹炭制品生产、加工和销售大户。竹 炭烧制和产品丌发是一个新兴产业，目前在我国生产已有一定规模，也实现了初步产业化， 并出现了“竹炭热”，但在竹炭丌发过程中，竹炭的理论研究及竹炭制品的生产和应用方面 存在许多问题。首先，关于竹炭的科学研究无论是国内还是国外，均处于起步阶段，目前 该领域总体处于商业先行而科学研究滞后的状况。另外，国内竹炭的烧制工艺落后，资源 浪费大，给生态环境带来了较大的负面影响。所以，我国应加快竹炭的基础理论研究的步 2 桂林工学院硕士学位论文 伐，从而使竹炭和其制品在科学上有明确的解释，进一步加强新产品的研究和开发，力争 在高科技等多领域都有所突破，拓宽竹炭的应用领域。同时，为了规范竹炭市场，应该制 定竹炭的国家标准或企业标准，成立全国性竹炭方面的专业技术机构，加大对竹炭的宣传 力度，尽快打丌潜力巨大的国内市场。 1 2 3 竹炭的烧制 竹材与木材一样是一种天然生长的有机体，其主要化学成分是纤维素( 约5 5 ) 、半 纤素( 戊聚糖约2 0 ) 和木素( 约2 5 ) 。竹炭就是由竹材炭化烧制而得。生产中竹炭的 烧制方法很多，归纳起来大体有土窑直接烧制法和机械炭化炉干馏热解法两种。竹炭制取 的方法不同，竹材的受热分解情况会有差异。竹材干馏制取竹炭的热解过程大体上可划分 为4 个阶段：干燥、预炭化、炭化、锻烧 9 , 1 0 】。竹材热解时可以得到固体产物竹炭、液体 产物竹醋液及气体产物，其主要成分是二氧化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、氢气等，也叫 木煤气【l l 】。 1 2 4 竹炭的分类 目前，全国尚无统一的竹炭分类标准，生产上按所使用的原料、干馏炭化的最终温度、 精炼度、竹炭形状、导电性、用途等来分类。根掘使用原料的不同可以分为：原竹炭和竹 屑棒炭。原竹炭是以竹子为原料烧制而成，竹屑棒炭是利用竹材加工剩余物经粉碎、干燥、 挤压成型制成竹屑棒后烧制而成。以干馏炭化的最终温度来区分竹炭的类型时，可分为3 种：低温炭4 0 0 、中温炭6 0 0 7 0 0 和高温炭1 0 0 0 。按精炼度分，目自订竹炭炭化程 度也参照木炭的精炼度来进行分等，精炼度高低与竹炭的挥发分、水分、狄分等因素有关。 精炼度是r 本木炭标准中用来测定木炭的炭化程度的一种方法，此项标准对指导生产与消 费具有一定作用，常用精炼计来测定。它的原理是根据木炭电阻测定其炭化度，测定范围 是1 0 0 - - - 1 0 8 f l ，其指数0 , - - , 8 称为精炼度，1 0 9 f 2 以上的精炼度为9 。炭化度越高，电阻值 越小，精炼度值越小i l2 1 。按竹炭的形状来区分，可分为5 种：筒炭、片炭、颗粒炭、粉 炭和工艺炭( 将竹炭加工成工艺品) 。按导电性能分，竹炭导电性常与竹炭的密度、精炼 度、含水率、灰分含量等因素有关，导电性较好的竹炭密度较大，精炼度高，含灰分少， 电阻值较小。生产中常用电导率仪来粗略判定竹炭的导电性。按其电阻值大小可分高中低 三等【1 3 】。按用途可以分为净化水用炭、净化空气用炭、保健用炭、水果保鲜用炭等。 1 2 5 竹炭的组成结构及性质 竹炭是炭化热解后形成的多孔性固体产物，是一种机能性环境保护材料。竹炭的组成 桂林工学院硕士学位论文 简单，主要成分是碳( 7 5 - - - - 9 5 ) ，其次是狄分( 2 1 2 ) ，还包括n a 、k 、s i 、c a 、 m n 等会属的氧化物和少量挥发分；竹炭以不定型炭为主。竹炭的炭含量与炭化温度有关， 狄分含量与竹子生长地的地质有关。在烧制温度为3 0 0 - 1 0 0 0 时，竹炭的比表面积为 2 3 , - 一3 8 5 m 2 g ，充填密度为o 5 6 0 7 2 4 c m 3 ，竹炭片炭含水率5 8 ，颗粒炭含水率 1 4 l8 ，固定碳含量8 0 - - 8 8 ，灰分含量2 4 ，干碳热值3 0 0 0 0 - - 一3 3 0 0 0 k j k g ， p h 值8 - 9 ，气干密度0 8 0 - - - 1 3 2 c m 3 。竹炭的元素组成除碳以外，还含有氧、氢、钾、 钙及其它元素。氧元素和氢元素在竹炭中，大多与碳元素形成化学结合，生成表面氧化物， 其它元素则主要构成竹炭的狄份。 杨磊等人【1 4 j 用扫描电镜对竹炭的微观结构进行观察，发现竹炭中有许多竹细胞炭化 后形成的类似六角形的孔隙结构，并且竹炭是_ 种具有微孔、过渡孔和大孔的多孔性炭材 料，具有较大的比表面积。不同的炭化条件得到的竹炭表现出不同的性能。岩田圭司测定 1 0 0 0 。c 烧制的竹炭比表面积在2 0 0 - - - 3 0 0 m 2 儋，其吸附力是传统备长炭的1 0 倍 is 1 。阪阳佑 作、井上吉明等比较了竹材与椰子壳8 5 0 炭化1 h 所得的竹炭与椰子壳炭的孔隙性能， 其中竹炭的孔半径3 5 n m 附近有一尖峰，具有分子筛的性质，椰子壳炭则在7 8 n r n 左右 有一不太高的峰；竹炭比表面积为3 7 0 m 2 儋，椰子壳炭则为4 1 0 m 2 g 。他们还测定了竹炭 与椰子壳炭对多种气体的吸附等温线与等压吸附线，发现竹炭对线状分子( n 2 0 和c 0 2 ) 与扁平分子c 2 h 4 的吸附能力大于体积较大的球形分子c h 4 ；对n 2 、0 2 和a r 的吸附等温 线相似，但对n 2 和a r 的吸附速率低于对0 2 的吸附速掣1 6 1 。 姜树海研究了5 5 0 的竹片炭和圆筒竹炭、7 5 0 颗粒竹炭的吸附甲醇的试验和比表 面积测试，结果表明5 5 0 的竹片炭和圆筒竹炭、7 5 0 颗粒竹炭的吸附甲醇的吸附率分 别为1 3 4 、1 3 6 、1 7 ，比表面积分别为3 4 6 m 2 g 、3 4 2 m 2 g 、3 5 7 m 2 g 】。 1 2 6 竹炭的应用 1 2 0 年前，t h o m a se d i s o n 用竹材炭化后形成的竹炭为灯丝材料，生产出了世界上第 一个电灯泡，当时这种电灯的寿命达到1 2 0 小时之久，改变了人类的照明历史，这无疑是 在竹炭的利用里程碑上光辉灿烂的页。竹炭作为一种新型的机能材料和环境保护材料，除 了作燃料以外，由于其具有有特殊的孔隙结构，比表面积高达3 0 0 m 2 g 以上，所以它具有 较强的吸附能力，同时竹炭含有丰富的矿物质、经过高温( 1 0 0 0 。c ) 炭化的竹炭还具有释 放远红外线的作用，产生负离子，对电磁波有吸收作用等性能。竹炭的主要用途表现在： 空气和水的净化、湿度调节、卫生保健、果品保鲜、抗辐射、电磁屏蔽等。 1 2 6 1 在环境保护方面的应用 环境问题是2 1 世纪的主题之一，水和大气的污染一直是困扰我们的两大问题，并且 4 桂林工学院硕士学位论文 j 下在影响着我们生存的空间，已经成为人们生活中所关注的问题。竹炭作为环境保护材料 正是在这种背景下应运而生，并引起人们的高度重视。 ( 1 ) 水处理中的应用 竹炭可用于水质净化，除去水中的有机杂质，重会属，各种臭味等。如：河流湖泊的 水质净化、生活污水的净化、饮用水净化等。 徐亦钢等研究发现竹炭对2 ，4 一二氯苯酚的吸附效果与其粒径、用量、溶液浓度、吸附 时间和平衡方式都有一定的关系。吸附时间从0 到3 0 m i n 吸附量增加晟显著；吸附量随2 ，4 _ 二氯苯酚浓度增加而增加，在2 ，4 - 二氯苯酚浓度小于等于1 0 0 m g l 时，两者呈良好的线性 关系【l 引。叶桂足等研究了竹炭颗粒对水溶液中苯酚的吸附性能，结果发现，吸附量随着竹 炭用量的增加而增大，随着竹炭粒径的减小而增大；竹炭对苯酚的吸附速度较快，粒径 0 0 7 4 m m 竹炭对苯酚的吸附主要发生在前3 0 m i n ，2 小时后吸附率增加缓慢；酸性条件有 利于竹炭对苯酚的吸附；苯酚初始浓度增大，苯酚吸附率减小，但吸附量增大：苯酚在竹 炭上的吸附等温线符合l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 等温吸附方程【l 引。杨磊等研究发现竹炭的粒 度、加热处理、超声处理和硝酸氧化处理都不同程度地影响了竹炭对苯酚的吸附能力，竹 炭对苯酚的最大吸附量值为7 3 4 m g 9 1 2 0 】。肖继波等研究了竹炭对染料活性艳红x 3 b 的吸 附性能，发现经z n c l 2 改性后的竹炭，吸附容量大幅提高，达1 3 m g g 以上；z n c l 2 改性竹 炭对受试的1 8 种染料均有较好的吸附效果，吸附容量最高达2 3 5 m g g ：投加量为2 9 l 时， 对实际印染废水中染料的吸附去除率为7 2 3 【2 。 王桂仙等研究了在不同的吸附条件下竹炭对溶液中z n 2 + 的吸附，发现在p h = 3 2 - - 6 2 的h a c n a a c 缓冲体系中，竹炭对溶液中的z n 2 + 均有较大的吸附能力，在吸附酸度p h = 5 3 时，吸附量最大，为3 4 5 m g g ；同时发现用水和微波加热的方法对吸附后的竹炭进行再生， 竹炭的吸附能力可恢复到原来的9 7 以上【2 2 1 。张启伟等研究了中林竹炭和机械竹炭对溶液 中h 9 2 十的吸附，结果表明竹炭能很好地去除溶液中的h 9 2 + ，吸附率在9 0 以上1 2 引。陈国 青等研究发现超细竹炭对水中p b 2 + 具有较强的吸附能力，p h 值、吸附时间和吸附温度是 影响吸附效果的重要因素，在p h = 4 0 、吸附3 0 m i n 、水温2 5 时，超细竹炭对水中p b 抖 的吸附率为9 8 【2 4 1 。张启伟等研究了不同的竹炭产品对溶液中p b 2 + 的吸附，结果表明在 p h = 3 2 6 2 的范围内，竹炭对铅都有较好的吸附，且酸度对吸附的影响不大；在t = 2 9 8 k 和t = 3 0 8 k 时，竹炭对铅的等温吸附服从f r e u n d l i c h 吸附等温方程式，在较低温度下吸附 容易进行【2 5 】。木冠南等研究了用金竹制备的竹炭对镧( i i i ) 离子的吸附，发现富氧条件下 制备的活性竹炭对金属离子的吸附量明显比贫氧条件下的吸附量大，认为富氧条件下增加 了活性竹炭表面的含氧官能团，推测吸附为化学吸附1 2 6 】。张启伟等研究了不同种竹炭对饮 用水中氟离子的吸附能力，结果发现，竹炭对氟具有较好的吸附效果，是较为理想的饮用 水除氟材料。在溶液p h = 5 2 9 0 的范围内，三种不同产品的竹炭对氟的去除率均在8 7 桂林工学院硕士学位论文 以上，且吸附时间短，吸附9 0 m i n 基本达到平衡：吸附后的竹炭用1 0 n a o h 溶液浸泡再 生或水和微波加热再生，再生后的吸附能力均可恢复到9 6 以上【2 7 1 。 b h a t t a c h a r y y a k g 等【2 8 l 研究发现竹炭可以有效去除造纸厂排放流体中的色素，在酸性 条件下吸附效果更好，每升流体中加入3 9 竹炭就能除去9 9 的色素。k a n n a n n 等【2 9 】发现 竹炭对干果红和玫瑰红的吸附去除效果良好。 ( 2 ) 改善居住环境 随着人们对室内装饰要求越来越高，由于追求室内的装饰效果和防水性能，过多地应 用有机物或合成有机溶剂的涂料，其中有些涂料挥发物的含量较高，难免存在污染居住环 境的现象，易造成室内湿度过大而显挂“水珠”现象或由于湿度过小引起室内居住人员“口 干舌燥”等问题【3 0 】。据有关资料介绍1 0 0 k g 竹炭可以吸收空气中的4 k g 水分，净化5 0 0 0 l 空气，一个l o o m 2 的三居室，使用4 0 0 - - - 5 0 0 k g 竹炭即可达到调节室内水分和净化空气的 目的。用竹炭装填地板下和墙壁中，由于竹炭对水分的吸放调节功能，可以遏制湿度上升 和霉菌、微生物的繁衍，起到防菌、调节湿度的功效，使住宅保持舒适宜人【3 。同本某 公司在制造家具用的木板上贴一层喷涂了竹炭粉的薄膜，以消除甲醛等有害化学物质引起 的“新居综合症”1 3 2 1 。 ( 3 ) 屏蔽电磁波 随着电子技术的广泛应用，电磁波污染同益严重，电磁干扰已成为新的社会公害，电 磁波干扰一方面对电子设备、计算机及通讯设备造成干扰：另一方面对人类的健康有很大 的影响，长时间处于电磁辐射作用下，人很容易产生失眠、嗜睡等植物神经功能紊乱症。 经处理后的竹炭一般体积电阻率在3 0 q c m 以下，r 本专家石原茂久，井出勇等研究发现 在频率为1 0 1 0 0 0 m h z 的范围内，3 m m 厚的竹炭复合材料的电磁屏蔽效果为4 5 7 5 d b 3 3 1 。 竹炭具有良好导电率又有别于余属导体的特性是制备轻质静电屏蔽材料的首选材料。 竹炭放置在电脑、电视和微波炉等旁，可遮挡电磁波辐射，有利于健康，有些厂家利用高 级竹炭的遮蔽电磁波，借助于人造板生产设备和技术，进一步丌发出能适合i t 产业的竹 炭人造板；另外利用竹炭在不同的生产工艺条件下可以分别获得绝缘体、半导体和导体的 特性，填入基体材料中得到可调控电阻的电热材料，并在取暖、保温和干燥等场合得到广 泛应用。 1 2 6 2 在农业方面的应用 竹炭具有大孔隙、中孔隙和微孔隙，其大小不一的孔隙管道可以把通过的有机物和其 它有害化学物质分解，从而产生过滤及净化的效果，以此改善土壤，最终达到改善植物的 生长的作用。竹炭对c 0 2 具有高吸收性、高保水性、高透水性和保肥性，用来改良土壤 6 桂林工学院硕士学位论文 可促进作物根系的良好生长。华锡奇、李琴的研究表明竹炭可以用来改良土壤，促进作物 根系的良好生长：施用竹炭可以提高桃树产量，改善其品质；施用竹炭的高尔夫球场和绿 地草坪生长良好且管理容易【3 4 1 。杉浦银治认为竹炭对c 0 2 吸附性能高，不腐烂、保水、 透水、保肥性好，可作土壤改良剂【3 5 1 。t h o s h i ，a n dt k a n e k o 从1 9 9 8 年丌始对添加了竹 炭的绿茶茶园的土壤状况进行了连续3 年的观测，结果表明施加竹炭的土壤，其土壤肥力 较持久，并且能够长时问保持土壤的p h 值范围适合茶树生长【3 6 l 。 总体上来看，竹炭在农林业上的应用具有以下效果：改善土壤的透水性能和保持水分 的性能；具有吸附过剩农药、肥料的调节作用；具有补充微量元素的作用；具有调节土壤 酸碱度的作用等。 1 2 6 3 在日用保健方面的应用 竹炭的医疗保健作用主要是利用竹炭的吸附性能和杀菌性能f 37 1 ，以及竹炭的远红外 等性能。 ( 1 ) 在保健美容美肤品上的应用 竹炭具有吸附性、辐射远红外线、渗透血管、刺激身体各个经络的穴道，改善身体器 官机能等性能。把具有导电性的竹炭粉和助剂混合后装入织物、枕头、挚子和宠物用具等 物品中缝合或粘合，具有调湿、抗菌、消臭、按摩、提高人的睡眠质量等作用。因此用竹 炭丌发的炭枕、床挚、汽车座挚等用品十分畅销。此外，利用竹炭的吸附性、抗菌、消炎 等性能还可制备洗面奶、面膜等化妆品，达到美容护肤目的。 王正郁的实用新型专利“竹炭保健保温床挚”，是用竹炭颗粒制成的炭挚为上层，电热 毯作底层，外层以棉布或无纺布制成的外套，而形成的电热竹炭保健保温床挚。它具有很 强的吸附性能，还具有极热发射远红外线功能，可使床挚持久、恒温，使人睡眠感到十分 舒适的效果【3 8 l 。佐川顺一开发了一种用作枕头或者挚子的充填材料、床挚及涂料的竹炭 合成树脂成型体，其方法是，按照5 3 0 的重量比，把竹炭粉术或与海藻炭的粉术与 聚醋、聚酞胺、聚烯烃等合成树脂混合加工成型。混入竹炭的合成树脂具有发射远红外线 功能与产生增进健康的作用，制作的寝具及涂料具有保温与增进健康的功效j 。 掺有竹炭的美容霜及竹炭肥皂和香皂，具有特殊的皮肤护理功效，能使皮肤增白清爽， 且对皮肤病有一定的预防和治疗作用，目自订在日本已有不少这类产品上市并且j 下在丌发牙 刷、牙膏等同用品【4 0 1 。花瓶中放入几片竹炭，能够延长鲜花的凋谢期；水果箱中放入几 片竹炭，能起到一定的保鲜效果。 ( 2 ) 吸附异味 竹炭的吸附特性不仅能够应用在水净化方面而且具有消除异味，医疗保健等功能，利 用竹炭的多孔结构的吸附特性，可用于汗水及室内湿气的吸附，且能释放出天然的香气， 桂林工学院硕士学位论文 提高人的睡眠质量。同本某公司在制造家具用的人造板上贴一层喷涂竹炭粉的薄膜，以消 除甲醛等有害物质引起的新居综合症。将炭放入冰箱中可消除食品等的异味，保持食品新 鲜不变质；放入米缸可防止彀虫的生成，保持米缸干燥，确保米质；放入橱窗、柜子和钢 琴内，可除湿、防霉、除臭；放在汽车内可消除异味。当竹炭炭粉用水稀释到1 0 - 2 0 倍 后，每1 0 0 m 2 喷洒1 l 竹炭溶液到畜舍墙