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)
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。
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)。
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%
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。
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。
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。
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。