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        水稻秸稈制備生物制活性碳

        2019-05-05 03:41:38
        福建質(zhì)量管理 2019年8期
        關(guān)鍵詞:馬弗爐炭化生物質(zhì)

        (貴州大學(xué) 貴州 貴陽 550000)

        當(dāng)代世界,傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源瀕臨枯竭,資源短缺極大限制了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,快速崛起的中國也面臨著資源不足的嚴(yán)峻考驗,因此對于新能源的開發(fā)利用提出了迫切的要求,水稻秸稈是儲備豐富,可再生的綠色新資源,跟據(jù)統(tǒng)計,全世界每年秸稈類農(nóng)業(yè)廢棄物約為29億噸,水稻秸稈就占了總量的19﹪[1]。但水稻秸稈長期以來沒有得到良好的利用,并且由于大部分地區(qū)采用焚燒處理,造成了資源浪費,引起嚴(yán)重的空氣污染,燃燒秸稈還與大氣中的顆粒污染物密切相關(guān)[2]。

        生物質(zhì)活性炭具有多孔性和較大的吸附能力。但制備生物質(zhì)活性炭高昂的成本極大的限制了其發(fā)展和應(yīng)用,尋找價格低廉,產(chǎn)量豐富的原料是降低生產(chǎn)生物質(zhì)活性炭成本的有效手段。

        一、實驗部分

        (一)儀器試劑與材料

        主要儀器:馬弗爐

        (二)活性炭的制備

        炭化時間的影響:將收集的水稻秸稈洗凈晾干,晾干后剪碎至0.5cm左右。取水稻秸稈20g(一個平行樣),用去離子水浸泡24h,固液比為1:10,在烘箱內(nèi)烘干,之后進(jìn)行炭化,控制炭化溫度400℃,改變炭化時間,分別為:1h、2h、3h、4h、5h、6h;炭化后得到活性炭。

        炭化溫度的影響:同樣將水稻秸稈洗凈晾干,晾干后剪碎至0.5cm左右,稱取原材料20g(一個平行樣),用去離子水浸泡24h,固液比為1:10,在烘箱內(nèi)烘干,之后進(jìn)行炭化,控制炭化時間4h,改變炭化溫度,依次為:100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃,控制炭化溫度操作步驟也像控制炭化時間一樣。炭化后得到活性炭。

        電子天平稱量后,碾磨過篩,裝入封裝袋中。比較所得的活性炭,炭化溫度為100℃,200℃的活性炭炭化質(zhì)量很低,所以剔除。同時也可看出當(dāng)炭化時間為1h,2h時,需要較高的炭化溫度,在經(jīng)濟(jì)效益方面來看,經(jīng)濟(jì)效益較低。綜合經(jīng)濟(jì)效益和炭化的最終效果,所以省略炭化溫度分別為100℃,200℃和炭化時間分別為1h,2h制備活性炭的研究。

        二、結(jié)果與討論

        表1 不添加活化劑的水稻秸稈炭化率

        根據(jù)水稻秸稈的制備結(jié)果顯示,炭化溫度分別為100℃,200℃的水稻秸稈炭化率很高,但是水稻秸稈基本未被碳化,當(dāng)炭化溫度為300℃時還有少許水稻秸稈未完全炭化,所以炭化溫度應(yīng)該大于300℃而且根據(jù)所查文獻(xiàn),炭化溫度對活性炭的微孔孔隙和吸附比表面積影響很大,炭化溫度的取值范圍在300℃-1000℃,水稻秸稈在高溫下分解反應(yīng)劇烈,秸稈分子鍵中的C-O,C-C鍵斷裂,炭化溫度的升高,會導(dǎo)致活性炭產(chǎn)率降低,活性炭產(chǎn)率及活性炭吸附效率成了衡量較優(yōu)制備活性炭的重要條件。Putum等[11]研究發(fā)現(xiàn),炭化溫度的升高將會增大液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物,導(dǎo)致固態(tài)物質(zhì)降低,所以溫度增高,水稻秸稈內(nèi)部揮發(fā)的性物質(zhì)逐漸減少,剩余產(chǎn)物含碳量逐漸增加,所以在一定炭化溫度內(nèi)炭化溫度越高,制備的活性炭質(zhì)量越佳[12]。所以剔除炭化溫度為300℃的活性炭,炭化溫度為400℃時水稻秸稈完全炭化,炭化時間的選擇,因為當(dāng)炭化時間為1h,2h時,需要很高的炭化溫度,活性炭的炭化溫度為100℃、200℃、300℃時,產(chǎn)品中尚有少許未被炭化的水稻秸稈,而當(dāng)炭化時間過長會導(dǎo)致活性炭的產(chǎn)率降低并且消耗較多生產(chǎn)時間,不利于活性炭批量生產(chǎn)。活性炭的炭化,是在高溫缺氧下,使水稻秸稈熱解形成多裂孔的炭結(jié)構(gòu),在馬弗爐中,大多非炭元素,如氫氧從秸稈中以氣體的形式揮發(fā)出來,炭化后的產(chǎn)物非常不規(guī)則,產(chǎn)生大量孔隙,所以在炭化期間的炭化時間的選取將會影響活性炭的孔隙結(jié)構(gòu),由于實驗使用的馬弗爐是非恒溫馬弗爐,保溫效果較差,當(dāng)?shù)竭_(dá)所設(shè)定的炭化溫度,由于恒溫效果較差,所以在選擇炭化時間時,可能造成活性炭產(chǎn)品孔隙結(jié)構(gòu)被破壞,所以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和所查文獻(xiàn)選取炭化時間為4h是最優(yōu)的炭化時間。

        結(jié)論

        不添加活化劑制備生物質(zhì)活性炭:當(dāng)炭化溫度為600℃,炭化時間4h時制備活性炭的炭化率較優(yōu)為68.07﹪。

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