2019年高温炭化法制备竹炭的研究分析.doc

高温炭化法制备竹炭的研究分析 摘要：采用高温炭化法制备竹炭。研究了温度、保温时间和升温速率对竹炭吸附性能的影响，并通过N吸附等温线对其孔结构进行表征。结果表明，随着温度、保温时间的增大，竹炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值呈现逐步增长的趋势;升温速率的提高，促进了炭素前驱体石墨化程度的提高，不利于竹炭孔隙结构的发达;高温炭化法可以制得微孔、中孔、大孔较发达的竹炭。在较佳的实验条件下，高温炭化法可制得竹炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值分布为280mg/g和947.3mg/g。 关键词：高温炭化,竹炭,吸附 Abstract:Preparationofhigh-temperaturecarbonizationcharcoal.Theeffectsoftemperature,holdingtimeandheatingrateoncharcoaladsorptionproperties,andcharacterizedbyNadsorptionisothermofitsporestructure.Theresultsshowthatwiththeincreaseoftemperature,holdingtime,methyleneblueadsorptionandiodineadsorptioncharcoalshowagradualupwardtrend;theheatingrateincreasing,promotingcarbonprecurraphitizationdegreeofimprovementisnotconducivecharcoalporestructuredeveloped;hightemperaturecarbonizationcanbeobtainedmicroporous,mesoporous,macroporousmoredevelopedcharcoal.Underthepreferredexperimentalconditionscanbeobtainedbyhigh-temperaturecarbonizationofmethyleneblueadsorptionandiodineadsorptioncharcoaldistribution280mg/gand947.3mg/g. Keywords:high-temperaturecarbonization,charcoal,adsorption 竹材作为一种多孔介质材料，热解后形成的竹炭具有特殊的孔隙结构，且有一定的比表面积，广泛用于调湿、有害气体的去除以及水体中有机污染物和重金属的去除。近年，随着竹材加工工业的发展，在其加工过程中，将出现很多竹刨花、竹屑等加工剩余物，企业一般将其作为燃料，如果将竹材及其副产品用于制备竹炭、竹活性炭等环节友好型吸附材料，可为竹炭、竹活性炭的制备提供良好的原料来源。 因竹炭来源广、成本低廉、吸附性能良好，越来越多的研究者对竹炭的制备及吸附性能进行了研究。戴嘉璐等采用竹材为原料，经高温炭化制得竹炭研究结果表明，竹炭结构是含石墨微晶的无定型碳结构，基本保持竹材的微观形态，导管内壁存在类似层状石墨结构。朱江涛等研究了30下竹炭对苯酚溶液的吸附动力学，结果表明，竹炭对苯酚的吸附动力学过程可以用准二级模型进行很好的描述。蒋新元等利用不同部位的竹材如竹蔸、竹节和竹枝制备竹炭，并对其进行表征。S.Y.Wang等研究了不同制备工艺条件下，竹炭对水溶液中Pb，Cu和Cr的吸附，结果表明900制得的竹炭的吸附性能和比表面积比800的高。H.Lalhruaitluanga等研究了竹炭、竹活性炭对Pb的吸附情况，结果表明，竹炭、竹活性炭对Pb的吸附，主要由其表面的OH，C singlebond H和C doublebond;lengthasm-dash O官能团起作用。KeiMizuta等比较了市售活性炭与竹炭对水溶液中硝酸盐的吸附，结果表明，竹炭的吸附性能对水溶液中的硝酸盐的吸附性能优于市售活性炭。 本研究采用高温炭化的方法制备竹炭，讨论了炭化温度、保温时间和升温速率对竹炭吸附性能的影响，并对其进行表征，以期为竹炭的制备和应用提供理论基础。 1、材料与方法 1.1原料 以南平邵武市产的毛竹为原料(3年生)，粉碎、过筛，取粒径0.21mm，自然风干后备用。 1.2试验步骤 用日本制KDFS.70型，程序升温炉对竹屑进行炭化，以315/min的升温速度到4个不同的温度(5001000)并保温210h。 1.3检测方法 依据GB/T12496.8-1999，12496.101999，测定竹炭的亚甲基蓝吸附值、碘吸附值。采用美国Micrometric公司ASAP20XX型全自动比表面积分析仪对竹炭的比表面积进行测定。 表1炭化工艺对竹炭性能的影响 Table1Theeffectofcarbonizationconditions 工艺得率(%)亚甲基蓝(mg/g)碘值(mg/g) 500-5-432.7832.5546.0 600-5-426.8635.5593.3 700-5-421.3938.5681.2 800-5-417.05121823.2 900-5-414.71235873.9 1000-5-48.31182.5842.1 900-5-217.92175725.1 900-5-414.71235873.9 900-5-610.15280947.3 900-5-87.84283972.5 900-5-102.06302.51032.8 900-3-414.01212.5809.4 900-5-414.71235873.9 900-10-415.65227.5833 900-15-414.32230.5819.3注：500-5-4表示500-5/min-4h 2、结果与讨论 2.1温度的影响 为了解炭化的温度对竹炭性能的影响，研究以5/min的升温速率到5001000，保温4h制备竹炭，结果列于表1。由表1可知，随着炭化温度的升高，竹炭的得率呈现不断下降的趋势，从500的32.78%降低到1000的8.31%，这是由于随着温度的升高，竹屑热分解反应进行得激烈，烧失增大，得率降低。亚甲基蓝吸附值和碘吸附值呈现先升后降的趋势，在500700时变化不大，700900时，有了较大的增加，分别从