幾種不同植物基活性炭的制備與特性研究

幾種不同植物基活性炭的制備與特性研究活性炭作為世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛多孔材料之一,其優(yōu)良物化性能被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、食品、醫(yī)藥行業(yè),并且多采用煤炭、果殼、木材作為生產(chǎn)來(lái)源,為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大原料范圍和清潔生產(chǎn),目前人們更傾向于選擇可再生的植物基廢料,為了定向改造活性炭的物化性質(zhì),以獲得特定類型的活性炭,人們更多地在活化過(guò)程做改變或者對(duì)活性炭進(jìn)行二次改造,從植物原材料本身的性質(zhì)與活性炭定向改變的關(guān)系研究仍舊較少,并且不同原料本身的性質(zhì)對(duì)制得的活性炭孔徑結(jié)構(gòu)的影響以及各性能指標(biāo)的影響的研究仍舊不充分;同時(shí)由于傳統(tǒng)制備活性炭方法如化學(xué)活化和物理活化法制備活性炭仍面臨設(shè)備腐蝕,污染環(huán)境,成本高等問題,對(duì)于活性炭制備方法的創(chuàng)新也仍是研究熱點(diǎn)?；谝陨蠁栴},實(shí)驗(yàn)選取幾種目前生產(chǎn)和研究最常用原料:草本類植物(竹筍皮,玉米芯,米糠,空心蓮子草等草本類植物廢料和木本類植物(楊木屑和果殼)以及普通水果皮類,采用KOH活化法,以最佳制備條件:堿炭比為3:1,活化溫度為750℃下保溫1h,比較不同植物源活性炭性質(zhì)功能的差異。發(fā)現(xiàn)(1)研究發(fā)現(xiàn)草本植基活性炭得率不一定小于木本植物基活性炭(2)木質(zhì)素含量高的植物基活性炭不一定微孔率更高,碘吸附值更大,本文選取的竹筍殼的碘吸附值高于木屑(3)對(duì)碘吸附值在1500mg/g以上的全部活性炭進(jìn)行比表面積測(cè)定,發(fā)現(xiàn)竹筍殼比表面積最大,高于木屑與果殼。選取兩種草本原料:空心蓮子草、竹筍殼,三種木質(zhì)原料(木質(zhì)素由低到高):鐵樹葉、楊木屑、南酸棗核殼進(jìn)一步分析,探究不同種類木質(zhì)原料的組成成分對(duì)活性炭形成的孔徑結(jié)構(gòu)和吸附性能的影響,研究結(jié)果顯示(1)得率也受到灰分的影響(2)木質(zhì)素含量最低和最高均不能獲得比表面積很高、性能很好的活性炭(3)并且較高含量的綜纖維素也對(duì)高比表面積有著重要貢獻(xiàn)。化學(xué)活化法步驟復(fù)雜,污染環(huán)境,成本高。為了探究植物原材質(zhì)多孔性是否在無(wú)需外源活化劑情況下亦能得到性能優(yōu)良的活性炭,選取常用的水生植物廢料菱角殼,采用無(wú)氧氛圍自活化法“一步”制得活性炭,并通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)于最佳條件下制備的活性炭,采用熱重分析其熱解過(guò)程,利用N2吸脫附實(shí)驗(yàn)、X射線晶體衍射、傅利葉紅外光譜、掃描電鏡,對(duì)最佳工藝制備出的活性炭的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。研究結(jié)果:(1)以菱角殼為原料,最佳制備條件為溫度800℃下炭/活化2小時(shí),得到的活性炭吸附性能和得率均較好,此條件下制備的活性炭為微孔型活性炭,比表面積為1254.46m2/g,總孔容為0.69cm3/g,微孔率為69.4%,孔隙度豐富,炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好,活性炭表面檢測(cè)不到官能團(tuán),表明吸附過(guò)程為物理吸附。(2)苯酚吸附值可達(dá)到355.8mg/g,苯酚濃度越高,吸附量越大;活性炭量越大,苯酚去除率升高,但吸附量下降;低濃度高濃度下均可在15min左右達(dá)到吸附平衡,且苯酚吸附過(guò)程符合Langmuir等溫線模型,說(shuō)明吸附過(guò)程為單分子層吸附。表明在此種方法的制備條件下菱角殼是制備活性炭的一種優(yōu)良原料。(3)該活性炭碘吸附值為1531.5mg/g,亞甲基藍(lán)吸附值為165mg/g,均高于我國(guó)木質(zhì)凈水用活性炭二級(jí)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),可知由此方法制備的菱角殼活性炭在實(shí)際生產(chǎn)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值?？偟膩?lái)說(shuō),木質(zhì)素含量并不決定對(duì)應(yīng)活性炭的得率、比表面積、吸附能力,一定