王淼　孫曉麗　劉金秀

摘 要：以番茄秸稈為原材料，通氮?dú)庵苽浞焉锘钚蕴俊＝Y(jié)果表明，番茄秸稈在溫度為200℃時(shí)，活性炭產(chǎn)率最高，此后隨著溫度的增高灰分含量逐漸升高;在溫度達(dá)到500℃時(shí)，番茄秸稈制備的生物炭pH值達(dá)到峰值;紅外光譜發(fā)現(xiàn)，生物炭的制備是“軟碳質(zhì)”到“硬碳質(zhì)”的過程，在較高溫度下制備的生物炭可能具有較高的穩(wěn)定性;隨著溫度的升高，比表面積增加，在較低熱解溫度條件下，生物炭的孔隙度升高。

關(guān)鍵詞：番茄秸稈;生物活性炭;pH值;灰分含量

我國每年數(shù)以噸計(jì)的農(nóng)作物秸稈就地焚燒，給環(huán)境造成了較大的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外學(xué)家提出制備生物炭這一方案用以解決農(nóng)作物秸稈的回收與利用。一方面其制造成本低廉，一方面活性炭用途廣泛，可在醫(yī)藥、食品等方面繼續(xù)發(fā)揮作用。本文即是以番茄秸稈為原材料，對(duì)其制備生物活性炭進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 器材及材料

器材：管式氣氛爐、比表孔面積及孔徑測量儀、電子天平、傅里葉氣象光譜儀、pH值測量儀、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、通風(fēng)櫥、紫外分光光度計(jì)、馬弗爐、密封袋、研缽、剪刀、坩堝、干燥器。

材料：番茄秸稈、蒸餾水、氮?dú)狻⒘姿釟涠c、磷酸二氫鉀、硼砂。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 預(yù)處理

取番茄秸稈的主要枝干，對(duì)其進(jìn)行沖洗;后用剪刀剪至1-2cm左右的長度;先自然風(fēng)干2天后放置于干燥箱105℃下干燥12h;粉碎干燥的秸稈并稱重，將大小一致的顆粒裝袋密封標(biāo)記。

1.2.2 制備過程

①管式爐預(yù)熱烘爐，4h由室溫升至200℃、2h 200℃-400℃、2h400-600℃（注意事項(xiàng)：管式爐每天都使用時(shí)無需再次烘爐;若隔三天未使用，則需再次烘爐）;②番茄秸稈炭化，取2.0g番茄秸稈放入管式爐，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣，速率為1L/min，方式為從左到右水平通入，全過程保護(hù)氣不停止通入并穩(wěn)定通入量;200℃烘干秸稈1h，去除水分;40min內(nèi)升至200℃，再以10℃·min-1的速度升至設(shè)定溫度;在炭化溫度炭化2h;最后，降至室溫后取出產(chǎn)品并保存于干燥器中。

1.2.3 計(jì)算番茄秸稈制備生物活性炭的產(chǎn)率、灰分

1.3 表征

pH值檢測，200℃～600℃生物炭水溶液的配置與pH值測定;繪制pH值和溫度的曲線;紅外光譜分析。用傅里葉變換紅外光譜儀測定生物炭的紅外光譜;根據(jù)頻率確定組成成分;比表面積及孔徑測量。

2 結(jié)果與討論

2.1 番茄秸稈制備生物活性炭的產(chǎn)率、灰分

選取0.30g番茄秸稈活性炭成品，置于干燥箱中于110℃干燥1h，將剛玉舟在800℃灼燒20min，待剛玉舟冷卻后加入干燥好的試樣，將剛玉舟和試樣加熱至800℃灼燒2h，干燥器中冷卻至室溫后進(jìn)行灰分稱重。

由表1得，番茄秸稈在溫度為200℃時(shí)，產(chǎn)率最高;隨著溫度的增高灰分含量逐漸升高。

2.2 溫度對(duì)番茄秸稈制備生物炭pH值的影響

本研究以不同溫度燒制而成的番茄活性炭加入蒸餾水煮沸30min后檢測其pH值，如表2。

由表2可得，番茄秸稈制備的生物炭pH值在500℃時(shí)達(dá)到峰值。繪制成番茄活性炭的pH值和溫度的曲線如圖1。

2.3 番茄秸稈活性炭紅外光譜分析

將番茄秸稈原料以1：700與溴化鉀混合，放入瑪瑙研缽中，研磨充分;將研磨好的樣品取少量均勻的鋪在壓片模具中，在壓力20MPa下壓片1min后取下;放入傅立葉紅外測量儀中檢測;300℃-600℃生物炭樣品分別重復(fù)以上步驟，繪制紅外光譜圖。如圖2。

由圖2，生物炭的制備是“軟碳質(zhì)”到“硬碳質(zhì)”的過程，在較高溫度下制備的生物炭可能具有較高的穩(wěn)定性。

2.4比表面積及孔徑測量

熱解溫度在300℃～600℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，比表面積增加，同溫度條件下微孔結(jié)構(gòu)的發(fā)育和中孔含量逐漸增加的趨勢有關(guān)。

3 討論

結(jié)果表明，番茄生物炭產(chǎn)率最高是在溫度為200℃時(shí)，此后隨著溫度的增高灰分含量逐漸升高;在溫度達(dá)到500℃時(shí)，番茄秸稈制備的生物炭pH值達(dá)到峰值;根據(jù)紅外光譜發(fā)現(xiàn)，生物炭的制備是“軟碳質(zhì)”到“硬碳質(zhì)”的過程，在較高溫度下制備的生物炭可能具有較高的穩(wěn)定性;隨著溫度的升高，活性炭的比表面積增加，在較低熱解溫度條件下，生物炭的孔隙度升高。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡金玲，李二平，胡晴，陳浩云，余志元，周強(qiáng)，Liang Jin.秸稈——污泥基活性炭的制備及其對(duì)吸附Pb～（2+）的研究[J].工業(yè)水處理，2019，39（05）：53-57.

[2]蔡金玲.秸稈——污泥基活性炭的制備及其吸附性能研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2018.

[3]喬小康.秸稈灰渣制備活性炭及回收鉀磷研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2018.

[4]蔡金玲，李德良，李二平，胡晴，陳浩云.污泥-水稻秸稈復(fù)合活性炭的制備工藝與結(jié)構(gòu)表征[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2017，44（10）：32-39.