几种不同植物基活性炭的制备与特性研究

几种不同植物基活性炭的制备与特性研究活性炭作为世界范围内应用最广泛多孔材料之一,其优良物化性能被广泛应用于环保、化工、食品、医药行业,并且多采用煤炭、果壳、木材作为生产来源,为了实现扩大原料范围和清洁生产,目前人们更倾向于选择可再生的植物基废料,为了定向改造活性炭的物化性质,以获得特定类型的活性炭,人们更多地在活化过程做改变或者对活性炭进行二次改造,从植物原材料本身的性质与活性炭定向改变的关系研究仍旧较少,并且不同原料本身的性质对制得的活性炭孔径结构的影响以及各性能指标的影响的研究仍旧不充分;同时由于传统制备活性炭方法如化学活化和物理活化法制备活性炭仍面临设备腐蚀,污染环境,成本高等问题,对于活性炭制备方法的创新也仍是研究热点。基于以上问题,实验选取几种目前生产和研究最常用原料:草本类植物(竹笋皮,玉米芯,米糠,空心莲子草等草本类植物废料和木本类植物(杨木屑和果壳)以及普通水果皮类,采用KOH活化法,以最佳制备条件:碱炭比为3:1,活化温度为750℃下保温1h,比较不同植物源活性炭性质功能的差异。发现(1)研究发现草本植基活性炭得率不一定小于木本植物基活性炭(2)木质素含量高的植物基活性炭不一定微孔率更高,碘吸附值更大,本文选取的竹笋壳的碘吸附值高于木屑(3)对碘吸附值在1500mg/g以上的全部活性炭进行比表面积测定,发现竹笋壳比表面积最大,高于木屑与果壳。选取两种草本原料:空心莲子草、竹笋壳,三种木质原料(木质素由低到高):铁树叶、杨木屑、南酸枣核壳进一步分析,探究不同种类木质原料的组成成分对活性炭形成的孔径结构和吸附性能的影响,研究结果显示(1)得率也受到灰分的影响(2)木质素含量最低和最高均不能获得比表面积很高、性能很好的活性炭(3)并且较高含量的综纤维素也对高比表面积有着重要贡献。化学活化法步骤复杂,污染环境,成本高。为了探究植物原材质多孔性是否在无需外源活化剂情况下亦能得到性能优良的活性炭,选取常用的水生植物废料菱角壳,采用无氧氛围自活化法“一步”制得活性炭,并通过正交试验对制备工艺进行优化,对于最佳条件下制备的活性炭,采用热重分析其热解过程,利用N2吸脱附实验、X射线晶体衍射、傅利叶红外光谱、扫描电镜,对最佳工艺制备出的活性炭的结构和性能进行表征。研究结果:(1)以菱角壳为原料,最佳制备条件为温度800℃下炭/活化2小时,得到的活性炭吸附性能和得率均较好,此条件下制备的活性炭为微孔型活性炭,比表面积为1254.46m2/g,总孔容为0.69cm3/g,微孔率为69.4%,孔隙度丰富,炭结构稳定性较好,活性炭表面检测不到官能团,表明吸附过程为物理吸附。(2)苯酚吸附值可达到355.8mg/g,苯酚浓度越高,吸附量越大;活性炭量越大,苯酚去除率升高,但吸附量下降;低浓度高浓度下均可在15min左右达到吸附平衡,且苯酚吸附过程符合Langmuir等温线模型,说明吸附过程为单分子层吸附。表明在此种方法的制备条件下菱角壳是制备活性炭的一种优良原料。(3)该活性炭碘吸附值为1531.5mg/g,亚甲基蓝吸附值为165mg/g,均高于我国木质净水用活性炭二级品质量标准,可知由此方法制备的菱角壳活性炭在实际生产中具有一定的应用价值。总的来说,木质素含量并不决定对应活性炭的得率、比表面积、吸附能力,一定