高溫炭化法制備竹炭的研究分析范文
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)，且有一定的比表面積，廣泛用于調(diào)濕、有害氣體的去除以及水體中有機(jī)污染物和重金屬的去除。以下就是高溫炭化法制備竹炭的研究分析。
近年，隨著竹材加工工業(yè)的發(fā)展，在其加工過程中，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源。
因竹炭來源廣、成本低廉、吸附性能良好，越來越多的研究者對(duì)竹炭的制備及吸附性能進(jìn)行了研究。戴嘉璐等采用竹材為原料，經(jīng)高溫炭化制得竹炭研究結(jié)果表明，竹炭結(jié)構(gòu)是含石墨微晶的無定型碳結(jié)構(gòu)，基本保持竹材的微觀形態(tài)，導(dǎo)管內(nèi)壁存在類似層狀石墨結(jié)構(gòu)。朱江濤等研究了30℃下竹炭對(duì)苯酚溶液的吸附動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明，竹炭對(duì)苯酚的吸附動(dòng)力學(xué)過程可以用準(zhǔn)二級(jí)模型進(jìn)行很好的描述。蔣新元等利用不同部位的竹材如竹蔸、竹節(jié)和竹枝制備竹炭，并對(duì)其進(jìn)行表征。s.y.wang等研究了不同制備工藝條件下，竹炭對(duì)水溶液中pb，cu和cr的吸附，結(jié)果表明900℃制得的竹炭的吸附性能和比表面積比800℃的高。h.lalhruaitluanga等研究了竹炭、竹活性炭對(duì)pb的吸附情況，結(jié)果表明，竹炭、竹活性炭對(duì)pb的吸附，主要由其表面的–oh，c
single bond
h和c
double bond; length as m-dash
o官能團(tuán)起作用。keimizuta等比較了市售活性炭與竹炭對(duì)水溶液中硝酸鹽的吸附，結(jié)果表明，竹炭的吸附性能對(duì)水溶液中的硝酸鹽的吸附性能優(yōu)于市售活性炭。
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)用提供理論基礎(chǔ)。
1、材料與方法
1.1原料
以南平邵武市產(chǎn)的毛竹為原料(3年生)，粉碎、過篩，取粒徑0.2～1mm，自然風(fēng)干后備用。
1.2試驗(yàn)步驟
用日本制kdfs.70型，程序升溫爐對(duì)竹屑進(jìn)行炭化，以3～15℃/min的升溫速度到4個(gè)不同的溫度(500～1000℃)并保溫2～10h。
1.3檢測方法
依據(jù)gb/t12496.8-1999，12496.10—1999，測定竹炭的亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值。采用美國micrometric公司asap2017型全自動(dòng)比表面積分析儀對(duì)竹炭的比表面積進(jìn)行測定。
表1炭化工藝對(duì)竹炭性能的影響
table1theeffectofcarbonizationconditions
工藝 得 率(%) 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
700-5-4 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 14.32 230.5 819.3 注：500-5-4表示500℃-5℃/min-4h
2、結(jié)果與討論
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500～1000℃，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，從500℃的32.78%降低到1000℃的8.31%，這是由于隨著溫度的升高，竹屑熱分解反應(yīng)進(jìn)行得激烈，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，在500～700℃時(shí)變化不大，700～900℃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/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)，反應(yīng)進(jìn)行的比較激烈，能在較短的時(shí)間內(nèi)，生成發(fā)達(dá)的微孔，但溫度過高時(shí)，反應(yīng)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。