李善得

（廣州市環(huán)境保護(hù)技術(shù)設(shè)備公司 廣東廣州 510030）

引言

香口膠是以天然樹膠或甘油樹脂為膠體基礎(chǔ)，加入糖漿、糖精、色素、香料、抗氧化劑等調(diào)和壓制而成，用于消除口腔異味，深受人民喜愛。由于香口膠也有保質(zhì)期，對(duì)于過期的香口膠需要尋找合理有效的處理處置途徑，避免重新流入市場(chǎng)影響香口膠的品牌聲譽(yù)。過期的香口膠一般采用焚燒方式處理，直接把其轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等。香口膠的主要成分多糖醛酸的鈣、鎂、鉀鹽，占香口膠重量的90%以上，屬于有機(jī)高分子化合物。近年來，利用農(nóng)業(yè)廢棄物、市政污泥等制備生物質(zhì)炭并開展相關(guān)的應(yīng)用研究[1-7]獲得關(guān)注，其主要也是因?yàn)槠渲泻懈叻肿佑袡C(jī)物，通過熱解脫氫制備生物炭。將過期廢棄香口膠通過熱解脫氫制備生物炭有利于提高其使用價(jià)值，資源獲得充分利用。

1 制備的方法和使用的儀器設(shè)備

1.1 主要儀器設(shè)備及原材料

程序升溫爐（KJ-T1400-S12012LK，鄭州），天平（FA2004，0.1mg，上海），過期廢棄的香口膠，坩堝（100ml）。

1.2 制備過程

稱取一定量的香口膠放入坩堝中，蓋好蓋子，然后采用錫箔紙包裹密封，設(shè)定一定的溫度，按照一定的升溫速率持續(xù)升溫，保持一定的時(shí)間，自然降溫到室溫，稱量前后重量的變化，獲得最后生物質(zhì)炭的重量。

生物質(zhì)炭的重量=W0-W1-W2

W0：自然冷卻后坩堝的總體重量，g

W1：自然冷卻后坩堝的重量，g

W2：自然冷卻后錫箔紙的重量，g

生物炭的產(chǎn)率=生物炭的重量/香口膠的總重量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)生物炭得率的影響

溫度對(duì)于香口膠的熱解脫氫過程有著重要的影響，主要包括兩個(gè)方面，一是熱解的最高溫度，一是熱解的升溫速率。表1和表2分別從熱解升溫速率和熱解溫度兩方面對(duì)香口膠熱解受溫度影響進(jìn)行了研究。

表1 不同升溫速率對(duì)香口膠熱解的影響

表1的實(shí)驗(yàn)條件為最終溫度為300℃，不同的升溫速率，溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，需要繼續(xù)保留1.5h。從表1中可以看出，隨著升溫速率的增加，生物炭的得率逐漸降低，但降低并不明顯。這可能是由于隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，更多的在熱解的條件下被降解造成的。同時(shí)，從最終的產(chǎn)品來看，升溫速率越快獲得的生物炭的膨脹體積越大，空隙率也越高。這是由于升溫速度快，有機(jī)物分解的快，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣體將比較多，氣體的快速膨脹導(dǎo)致最后生物質(zhì)炭體積膨脹大，孔隙率高。

表2 最終溫度對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響

表2的實(shí)驗(yàn)條件是在不同溫度條件下，以15℃/min升溫，溫度達(dá)到指定溫度后，在保持2h后，然后自然降溫獲得的生物質(zhì)炭產(chǎn)率。從表2可以看出，隨著熱解溫度的升高，不同的條件下的生物炭的產(chǎn)率逐步降低。這是由于隨著溫度的升高，熱解的速率不斷增高，停留時(shí)間的越長(zhǎng)，熱解的量越多。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，溫度在250℃以下，無(wú)論時(shí)間停留多久，香口膠不能碳化，最終產(chǎn)品從外觀觀察變?yōu)楹稚吵頎钜后w，部分有碳化。250℃時(shí)，基本可以碳化，但不是很完全。

2.2 時(shí)間對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響

時(shí)間對(duì)香口膠的碳化制備生物炭的影響見表3，熱解溫度為400℃。

表3 熱解時(shí)間對(duì)碳化制備生物質(zhì)產(chǎn)率的影響

從表3中可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，生物炭的產(chǎn)率不斷的降低，這主要是由于隨著時(shí)間的增加生物炭不斷地被熱解掉。而且研究發(fā)現(xiàn)熱解溫度越高，生物炭的產(chǎn)率越低。

2.3 密封性對(duì)生物炭得率的影響

香口膠熱解制備生物炭是在厭氧條件下制備的，生物炭最后產(chǎn)率的高低與熱解過程密封性有很大關(guān)系，表4給出了不同條件下密封性對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響。熱解時(shí)間為2h，熱解溫度為350℃。1號(hào)，2號(hào)和3號(hào)的實(shí)驗(yàn)條件分別為：1號(hào)先用錫箔紙把坩堝封起來，然后用針頭往坩堝中沖入氮?dú)?分鐘，預(yù)計(jì)沖入氮?dú)?00毫升，其目的是把坩堝中的空氣驅(qū)趕出來，在坩堝中保持缺氧狀態(tài)；2號(hào)只用錫箔紙把坩堝封起來即可；3號(hào)坩堝用錫箔紙封起來之后，用針頭往坩堝里沖入氧氣1分鐘，預(yù)計(jì)沖入氧氣200毫升，其目的是把坩堝中的空氣驅(qū)趕出來，使坩堝保持好氧狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同制備條件下對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響

從表4中可以看出在不同的條件下生物炭的產(chǎn)率差別很大。在1號(hào)缺氧條件下生物炭產(chǎn)率最高，高達(dá)58.66%，生物炭產(chǎn)率是3號(hào)好氧條件下的26倍，可見氧的含量對(duì)生物炭的產(chǎn)率的影響是非常顯著的。因此，在制備過程中熱解過程的密閉性對(duì)于生物炭的產(chǎn)率有非常顯著的影響。

結(jié)語(yǔ)

過期廢棄的香口膠通過熱解制備生物炭的研究?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：（1）過期廢棄的香口膠制備生物炭具有一定的可行性，實(shí)現(xiàn)了資源化利用；（2）制備過程控制條件為溫度在250-450℃之間，熱解時(shí)間為2h，生物炭的產(chǎn)率最高為58.66%；（3）熱解過程的密封性對(duì)于生物炭的產(chǎn)率有重大影響。