夏友付，王增平，李 濤，王文建

(亳州學(xué)院 生物與化學(xué)工程系，安徽 亳州 236800)

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白芍秸稈制備活性炭的工藝及性能研究

夏友付，王增平，李 濤，王文建

(亳州學(xué)院 生物與化學(xué)工程系，安徽 亳州 236800)

以白芍秸稈為原料，采用微波輻照磷酸活化法制備活性炭。在最佳工藝條件下，所制備出的白芍秸稈活性炭的BET表面積為940.87 m2/g，碘吸附值達(dá)1 265.1 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值達(dá)396.7 mg/g，得到收率為58%。用制備的白芍秸稈活性炭對(duì)中藥材中的SO2吸附進(jìn)行考察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該活性炭對(duì)中藥材中的SO2吸附效果較好。

白芍秸稈；活性炭；吸附；中藥材

活性炭是具有特殊結(jié)構(gòu)和比表面積的化工材料[1]，它具有吸附能力強(qiáng)[2]、化學(xué)穩(wěn)定性好和方便再生等特點(diǎn)，被廣泛用于化工行業(yè)[3]、食品[4,5]等領(lǐng)域，活性炭的需求量越來(lái)越大。活性炭制備的原料來(lái)源廣泛，近期報(bào)道了沙柳[6]、廢茶[7]、玉米秸稈[8]、果殼[9]、麥稈[10]等農(nóng)作物為原材料?；钚蕴恐苽浼夹g(shù)已經(jīng)逐漸成熟，其中磷酸微波輻射法[11]具有成本小、活化溫度低和制備流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，已成為化學(xué)活化法生產(chǎn)活性炭的主要方法。

課題組已經(jīng)報(bào)道了，用白芍秸稈制備活性炭的研究[12]，得到很好性能的活性炭，不過(guò)制備活性炭的條件要求溫度很高，不易開展工業(yè)生產(chǎn)。研究白芍秸稈為原料，采用微波輻照方法制備活性炭，并檢測(cè)白芍秸稈活性炭的性能?；钚蕴坑糜诓东@CO2[13]和SO2[14]，我們?cè)O(shè)想用制備白芍秸稈活性炭用于吸附中藥材中的SO2的研究，吸附后的中藥材的達(dá)到藥典要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑與儀器

(1)材 料：安徽省亳州市譙城區(qū)道地的白芍秸稈，粉碎長(zhǎng)度為0.5—2.5cm的原料樣品。

(2)試 劑：鹽酸，氮?dú)?，蒸餾水，碘化鉀，磷酸，可溶性淀粉，淀粉指示劑，碘，重鉻酸鉀，亞甲基藍(lán)，硫代硫酸鈉，化學(xué)試劑為分析純。

(3)儀 器：Tristar II 3020 M型全自動(dòng)比表面積和孔隙分析儀，美國(guó)Micromeritics；Q5000IR型熱重分析儀器，美國(guó)TA公司產(chǎn)品；S-4800掃描式電子顯微鏡，日本日立；FA2004型電子天平，上海方瑞儀器有限公司；DHG-9035A型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱，上海榮珂檢測(cè)儀器有限公司；HH-S8型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州萬(wàn)合儀器有限公司；T10紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；ME6-TC微波樣品處理系統(tǒng)，北京盈安美誠(chéng)科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取除去塵土雜質(zhì)亳州市譙城區(qū)的白芍秸稈，粉碎長(zhǎng)度為0.5—2.5cm的小段，在60℃條件下烘干。然后在磷酸溶液活化劑中浸泡，溫度是常溫，結(jié)束后將其抽濾、洗滌后，為原料樣品?；罨瘎舛葹?0wt%，白芍秸稈樣品的質(zhì)量與活化劑的體積比為1∶5，浸漬時(shí)間為48h。浸漬后的白芍秸稈樣品，移至微波處理器中使之炭化活化，微波輻照溫度為80℃，微波輻照時(shí)間為3min。炭化活化后的顆粒用蒸餾水洗滌至pH值在6—7，溫度70℃條件下干燥，得到收率為58%的白芍秸稈活性炭。

1.3 活性炭性能表征

收率計(jì)算、亞甲基藍(lán)吸附、碘吸附、熱重分析、BET測(cè)試、X射線衍射和結(jié)構(gòu)掃描。亞甲基藍(lán)吸附值和碘的吸附值測(cè)定依據(jù)GB/T 12496.8—1999標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果和分析

2.1 測(cè)試樣品性能對(duì)比

取本實(shí)驗(yàn)制備的白芍秸稈活性炭與市場(chǎng)上的活性炭進(jìn)行亞甲基藍(lán)吸附、碘吸附、收率計(jì)算、比表面積測(cè)試參數(shù)的對(duì)比。其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 性能測(cè)定結(jié)果

2.2 活性炭表征

在最優(yōu)工藝條件下，采用低溫氮吸附法測(cè)試了其性能(圖1)，測(cè)得了BET表面積為940.87 m2/g，微孔的比表面積為0.1384 cm2/g，平均孔徑為3.626 nm的白芍秸稈活性炭。

通過(guò)掃描式電子顯微鏡對(duì)白芍秸稈活性炭進(jìn)行掃描觀察，所得電鏡照片見(jiàn)圖2。得到的產(chǎn)物上面有孔狀結(jié)構(gòu)如圖2(A)，經(jīng)放大可以看到這些孔徑的大小主要分布在4—9 μm之間(圖2B)，可以觀察到活性炭的表面存在大量的小孔，增加了活性炭的表面積，這些小孔就能增加了活性炭的吸附能力，說(shuō)明該活性炭的吸附性能很強(qiáng)。

2.3 活性炭的熱重分析

在最佳工藝條件下，得到的活性炭，進(jìn)行熱重分析，升溫速率10℃/min，氮?dú)饬魉?5 mL/min，結(jié)果如圖3所示。白芍秸稈活性炭的質(zhì)量隨溫度升高而不斷減少。在100℃左右的質(zhì)量損失主要是水失重過(guò)程。溫度在100—500℃，樣品質(zhì)量基本不變，有少量的磷酸分子脫水聚合生成焦磷酸、偏磷酸等物質(zhì)[15]。500℃之后，樣品的質(zhì)量下降很快，說(shuō)明該活性炭的主要元素成分是碳。從其熱重分析圖可看出，樣品的熱穩(wěn)定性較好。

2.4 吸附中藥中的SO2的測(cè)定

稱取10g亳州市場(chǎng)上的道地中藥材，放入直徑為20 cm的干燥器中，上面用裝紗布里活性炭接觸，密封放置。課題組考查了放置時(shí)間、溫度、用量等因素，對(duì)吸附SO2的影響。

首先，溫度是室溫，用量是10g活性炭與10g SO2含量為560 mg/kg的白芍中藥材飲片放置在吸附SO2的裝置中，考察放置時(shí)間對(duì)吸附SO2影響見(jiàn)圖4。

從圖4中可以看到該上述工藝制備的活性炭對(duì)中藥中SO2吸附有較好的效果，通過(guò)該活性炭吸附后的白芍飲片達(dá)到合格飲片的要求[16]。超過(guò)48 h以后對(duì)SO2吸附能力降低，時(shí)間對(duì)SO2吸附能力的影響不大，我們選擇48 h為 最佳吸附時(shí)間。

在48 h的吸附時(shí)間下，用量是10 g的活性炭與10 gSO2含量為560 mg/kg的白芍中藥材飲片放置在吸附SO2的裝置中，考察放置溫度對(duì)吸附SO2影響見(jiàn)圖5。溫度的改變對(duì)SO2吸附能力影響很大，但是隨著溫度35℃增加到45℃時(shí)，吸附能力改變不大，SO2吸附的最佳溫度為35℃。溫度過(guò)高對(duì)中藥的成分有改變，沒(méi)有考察。

在吸附時(shí)間為48h、吸附的溫度為35℃的條件下，取10g SO2含量為560 mg/kg的白芍中藥材飲片放置在吸附SO2的裝置中，考察活性炭的用量對(duì)吸附SO2影響見(jiàn)圖6?？梢钥闯龌钚蕴康挠昧繉?duì)SO2吸附能力影響也是很大，最佳的用量為5 g。

綜上所述，吸附白芍飲片中SO2的最優(yōu)條件是時(shí)間為48h、溫度為35℃、活性炭的用量為5 g。通過(guò)上述條件吸附的考察，飲片的質(zhì)量達(dá)到要求。以后的工作要考察更多的中藥是否實(shí)用該方法來(lái)除去中藥材中的SO2。

3 結(jié) 論

(1)用微波條件制備活性炭，得到了較高的比表面積和較好的吸附能力。

(2)在實(shí)驗(yàn)室的條件下，得到的白燒秸稈活性炭的最有條件為：料液比為1∶5，浸漬時(shí)間為48h，活化劑的濃度10wt%，微波輻照溫度為80℃，微波輻照時(shí)間為3min。得到收率為58%，BET表面積為940.87 m2/g活性炭。

(3)制備的活性炭用于中藥材的SO2的吸附，取得了較好的效果，吸附后的中藥材能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為白芍秸稈的綜合利用提供了一種使用方法。

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A study on the Preparation Technology and Properties of Activated Carbon Made from Paeony Stalk

XIA Youfu,WANG Zengping,LI Tao,WANG Wenjian

(Department of Biological and Chemical Engineering,Bozhou University,Bozhou Anhui 236800,China)

Activated carbon was made from paeony stalk by microwave radiation with H3PO4as activating agent.Under the optimum technical conditions,the BET surface area of activated carbon made from paeony stalk is 940.m2/g,the iodine adsorption value is 1 265.1 mg/g,the methylene blue adsorption value is 396.7 mg/g,and its yield could reach 58%.The experiment tries using paeony stalk activated carbon to adsorb the SO2in Chinese herbal medicines,and the experimental results show that it takes effect.

paeony stalk;activated carbon;absorption;Chinese Herbal Medicines

1673-5072(2016)03-0285-04

2015-10-26 基金項(xiàng)目：安徽省高校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2012B111)；安徽高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2015A393) 作者簡(jiǎn)介：夏友付(1981—)，男，安徽亳州人，講師，主要從事有機(jī)合成與材料研究。 通訊作者：夏友付，E-mail:xiayoufu2005@126.com

TQ424.1

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10.16246/j.issn.1673-5072.2016.03.010