生物质活性炭的制备与应用

李赓++汪丽

摘 要：该文简要介绍了生物质活性炭的3种制备方式，即物理法、化学法以及化学与物理结合法；以及生物质活性炭在环境保护方面的主要应用。利用丰富的生物质制备活性炭，可以使资源得到综合循环利用。

关键词：生物质；活性炭；制备；应用；环境保护

中图分类号 X701 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）23-28-02

随着我国社会经济的发展，环境污染问题也越来越严重，在处理环境问题中，活性炭得到了很多的应用。活性炭是指一类含有丰富空隙结构和高比表面积的碳质吸附材料[1]，其中空隙可以分为微孔（<2nm）、中孔（2～50nm）和大孔（>50nm），不同的孔径可以吸附不同的分子，制作过程中根据具体需求进行。活性炭的来源主要有农业废弃物、林业废弃物（各类果壳，加工下脚料）以及煤炭、煤矸石、石化副产品等。由于煤炭、石化产品等化石类资源的不可再生生性，充分利用各类农业以及林业废弃物生产活性炭，可以促进废弃物的循环利用，减少环境污染。

1 生物质活性炭的主要制备方式

生物质活性炭的主要制备方式有物理法、化学法、化学与物理结合法3种。

1.1 物理法 首先对农业废弃物原料进行炭化，使含碳有机物在加热状态下发生分解，非碳元素以挥发性气体逸出，生成富含碳元素的固体热解产物，然后用二氧化碳、水蒸气或空气等氧化性气体活化，使其形成发达的微孔结构。炭化温度一般为600℃，活化温度范围在800～900℃。谢招娣[2]等在苎麻杆活性炭的制备及其应用中研究了不同升温速率对热解过程的影响，通过相应曲面等正交设计方法进行了实验，在最佳的条件下制备了活性炭，并通过碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的吸附实验对活性炭的吸附能力进行了检测。Hammed等以椰子壳作为原料，通过物理法生产活性炭，并对其吸附能力进行了相应的检测。

1.2 化学改性法 化学改性法指的是利用各类化学试剂，如H2SO4、ZnCl2、H3PO4先浸渍原材料进行改性，然后在一定的温度下，在惰性气体保护下，产生活性炭。这类活性剂的作用在于具有脱水作用，可以使活性炭内部产生微孔结构，扩大比表面积，加强活性炭的吸收能力。例如，胡巧开[3]等利用氯化锌对板栗壳进行浸渍，500℃活化60min获得活性炭。郝明明[4]以新疆杏核壳为原料，利用氯化锌作为活化剂，并通过微波作为加热手段，活化温度600℃，活化时间90min，料液比为1∶3，氯化锌浓度为 50%，微波功率为700W，微波辐射时间为7min。在此工艺条件下，活性炭产品的碘吸附值为1 670.25mg/g，亚甲基蓝吸附值为20mL/0.1g。王泉清[5]等人以磷酸为活化剂，以磨碎的玉米秸秆为原材料制备活性炭，亚甲基蓝脱色力最高可达16mL/0.1g。

1.3 化学和物理结合法 物理法制备活性炭的优点在于不需要用到化学试剂，对环境带来的影响比较小，缺点是生产活性炭的效率不高，同时产生的活性炭孔径比较大，比表面积较小，吸附能力比较差。化学法制备活性炭的方法通过活化剂先对材料进行处理，可以获得微孔较多，比表面积大的活性炭；但是由于前期处理中用了化学试剂，后期需要进行相应处理以减轻化学试剂对环境带来的影响。随着科技发展，化学和物理结合的方法越来越受到人们关注。首先在活性炭原料中加入一定量的化学添加剂，然后加工成型，再经过炭化和气体活化，制造成出具有特殊性能的活性炭。通常的添加剂有：FeSO4、NaOH、CuO、NaCO3等。

2 生物质制备活性炭的应用

利用农业废弃物制备活性炭可以很好的利用农业废气物，变废为宝，得到了越来越多的应用，如环境保护、溶剂回收、食品饮料提纯、医药、半导体应用等领域。我国自改革开放以来，经济高速发展，但是随之而来的环境污染也愈发严重，活性炭由于具有比表面积高、吸附能力强的特点，在环境保护中得到了很多的应用，主要体现在以下几个方面：

2.1 水处理 水处理是环境保护的重点，随着我国社会经济的高速发展，在水处理方面活性炭的需求量逐年上升。传统上自来水厂运用活性炭可以处理各类有机杂质与臭味，同时也可以去除使用漂白剂处理水体后产生的各种碳氢化合物。在污染废水处理方面，活性炭得到了更广泛的应用。活性炭处理污染废水，根据不同的情况，可以单独使用，或者与其他方法混合使用。（1）粒状活性炭吸附法。此种方法常用于污水处理的后期过程，废水经过前期、中期处理阶段后，只剩下低浓度的难分解物质，最终可以通过活性炭吸附此类物质，使水质达到排放标准。（2）粉末活性炭处理法。即在生化反应气池中投入粉末状活性炭，活性炭中存在的大量微孔结构可以吸附有机物和废水中的溶解氧，为微生物生长阶段提供了富营养源，而微生物长代谢过程中产生的各种酶类可以被吸附和富集在活性炭微孔中，由于反应时间较长，可以使较难降解有机物被微生物氧化分解。

2.2 空气净化 我国部分地区空气污染严重，呈现出工业污染与机动车大量增加排除废气的混合污染，空气中PM2.5指数上升，因而对具有空气净化功能的活性炭的需求日益增加。气净化用的活性炭过滤器结构简单、替换容易，家庭所用的空气净化器中初级过滤常需用到活性炭过滤罐。工业生产中燃煤产生废气中含有SO2，经过活性炭处理后，不仅可以防止大气污染，还可以回收利用制成硫酸，达到循环利用资源的目的。

2.3 改良土壤 从环境污染来看，土壤是各类污染的目的地，污染物来自于各个方面，如：各类污染废水的排放；空气中各种污染颗粒物的最终沉降；固体废物垃圾的堆积；农业生产中对农药、化肥的过度使用等。以活性炭处理土壤，可发挥一定的作用，如在除草剂中加入活性炭，可以防止杂草生长，有效而无害。

3 结语

采用生物质进行活性碳制备具有以下这些优势：一是原料相对比较丰富，不存在和经济发展同时争抢如煤炭、石化产品等资源的情况；二是可以解决农村农业或者林业废弃物生产后带来的大量污染问题，使得经济走向着生态化，循环经济的方向发展；三是为减少城市内的各种环境污染问题提供了一定的帮助。中国是一个生物质资源丰富的国家，每年农业以及林业生产后产生的大量的废弃物，如秸秆、果壳等，都可以通过制备活性炭的方法达到资源的循环利用，减轻环境保护方面的压力。生物质制备的活性炭在环境污染治理、医药等诸多领域也有着广泛应用，是具有较强发展潜力的资源循环方式。

参考文献

[1]魏娜，吕剑明，李庆利，等.活性炭制备及应用研究进展[J].炭素技术，2003，03：29-32.

[2]谢招娣.苎麻杆活性炭的制备及其应用研究[D].上海：东华大学，2011.

[3]胡巧开，邓真丽，何舟.板栗壳活性炭的制备及其对活性艳橙的脱色研究[J].印染助剂，2012，29（4）：32-34.

[4]郝明明.高品质杏核壳活性炭制备技术[D].乌鲁木齐：新疆大学，2011.

[5]王泉请，秦瑞丰.用磷酸法制备玉米秸杆活性炭的研究[J].中国资源综合利用，2003，4：17-19. （责编：张宏民）