竹炭远红外比辐射率测试条件研究

林少波，郭小华，毛海波，翁益明

（浙江省遂昌县林业局，浙江 遂昌 323300）

竹炭远红外比辐射率测试条件研究

林少波，郭小华，毛海波，翁益明

（浙江省遂昌县林业局，浙江 遂昌 323300）

对不同含水量、不同粒径和不同温度的毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）竹炭进行远红外比辐射强度测试，结果表明：含水量和粒径对竹炭远红外比辐射率强度测试有显著影响，温度对竹炭远红外比辐射率强度测试无显著影响。在进行竹炭远红外比辐射率强度测试时，样本含水量控制在5%以内，粒径大于100目。关键词：竹炭；远红外；含水量；粒径；温度

现代医学和物理学研究证实，波长5.60～15.00 μm的红外线的频率与生物细胞中水分子律动频率相同，极易被人体吸收，从而由内向外辐射热能，活化组织细胞，达到保暖、促进新陈代谢、增加身体免疫力与治愈率，对于预防和治疗关节炎、失眠等疾病有明显作用，故又名“生命光线”[1]。竹炭是竹材高温热解的产物，竹材在热解过程中形成了特殊的孔隙结构，形状非常类似并接近于由五元环和六元环所组成的洋葱状富勒烯（C60）结构，且在热解过程中吸收和储备的热能使极性分子激发到更高的能级，在常温下当它向下跃迁至较低能级时，就以发射电磁波的方式向外辐射释放多余的能量[2]，和电气石一同被认为是 2种远红外比辐射率较高的天然材料[3]。近年来，随着民众生活水平的不断提高，对健康越来越重视，远红外保健产品将会有广阔的市场前景和应用价值[4～7]。但竹炭远红外辐射率测试精度和可靠性与很多因素有关，本文研究不同测试条件下竹炭的远红外比辐射率，得出合理的测试参数，确定一种有较好精度和可靠性竹炭远红外比辐射率测试方法，现总结如下。

1 材料和方法

1.1 试验材料

竹炭样品取自浙江省遂昌县，选用5年生毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）材，加工成一定的规格尺寸，放入砖土窑, 经过干燥、预炭化、炭化、煅烧（精炼）和冷却 5个阶段，冷却后出窑加工成一定的规格以备实验用。生产整周期为15 d。

1.2 试验方法

根据竹炭在运输、贮藏及使用中具有易粹性、粒径不均匀、吸附能力强、因空气中湿度及放置时间不同含水量会发生变化等特性，试验设计不同粒径、不同含水量和不同温度3种不同测试条件。

1.2.1 不同粒径竹炭制备 将竹炭样品粉碎，用标准筛过筛分别得到20～＜40、40～＜60、60～＜80、80～＜100、100～＜120、120～＜160、160～＜200、≥200目的不同粒径竹炭样品。

1.2.2 粒径影响 分别取不同粒径样品10 g，用恒温干燥箱经105±2℃烘干至恒重，冷却至常温。然后将样品平铺于15 c m×15 c m铝板上用干净薄玻璃片压实，用IR-2双波段红外发射率测试仪进行测定。各样本分别测定10次，并计算平均值。

1.2.3 含水量影响 取6份10 g 100目样品烘干，冷却后分别加入蒸馏水0.00、0.50、0.80、1.20、1.50、2.00 mL，用研钵充分混合并研磨，经测试样品含水量分别为0.00%、4.37%、7.66%、11.22%、15.49%、18.90%。按1.2.2方法进行制样测定。

1.2.4 温度影响 将3份10 g 100目竹炭样品烘干后，分别冷却至18℃（常温）、50℃、75℃后，按1.2.2方法进行制样测定。

2 结果与分析

2.1 竹炭粒径对远红外比辐射率的影响

试验所得20～200目的8种不同粒径的竹炭远红外比辐射率见表1。

表1 不同粒径的竹炭远红外比辐射率Table 1 Far-infrared radiance of carbon with different grain diameter

从表1可以看出，竹炭远红外比辐射率开始是随着粒径的变小而减少，但粒径到100目以上后，竹炭远红外比辐射率趋于稳定。方差分析结果显示，20～＜100目各粒径竹炭组间F值（211.56）＞F0.01(4，45)(3.77)，而100～200目组间F值（1.44）＜F0.05(3，36)(2.87)，说明100目以下不同粒径的竹炭比辐射率差异极其显著，但粒径达到100目以上后，没明显差异。这是因为粒径不同的样品总辐射表面积不同，颗粒大的样品，总辐射表面积大，辐射能力强[8-9]。

2.2 竹炭含水量对远红外比辐射率的影响

国家标准规定合格竹炭的含水率为12%[10]。6个水平的竹炭远红外比辐射率如表2。

表2 不同含水量竹炭的远红外比辐射率Table 2 Far-infrared radiance of carbon with different water content

从表2可以看出，竹炭含水量在7.66%以下时，竹炭的远红外比辐射率较为稳定，但随着含水量继续上升，竹炭的远红外比辐射率随之上升。方差分析结果显示，不同含水量之间F值（770.23）＞F0.01(5，54)(3.38)，说明不同含水量的竹炭比辐射率差异极其显著。原因是水分子在空间有n个运动自由度，因而有3n－5个振动自由度，每个自由度都有一种基本振动方式，当分子按这种方式振动时，所有的原子都同位相且有相同的振动频率，即简正振动，每个红外活性的简正振动都有一个特征频率，即能够发射红外光谱。水分子发射红外光谱的特性，使含水量高的样本红外线比辐射率增加[11]。

2.3 竹炭温度对远红外比辐射率的影响

3种不同温度的竹炭远红外比辐射率见表3。

表3 不同温度的竹炭远红外比辐射率Table 3 Far-infrared radiance of carbon with different temperature

物质的远红外比辐射率与温度关系较为复杂，随温度升高，多数物质远红外比辐射率的会降低[12]。但从表3可以看出，3种不同温度竹炭样本的远红外比辐射率变化极小。方差分析结果显示，不同温度之间F值（0.20）＜F0.05(2，27)(3.35)，无明显差异，这表明18～75℃温度对竹炭样本的远红外比辐射率没有影响，这可能与选择的试验温度有关。在更大范围内，温度可能会对样本远红外比辐射率有关。因18～75℃范围已满足竹炭远红外比辐射率检测要求，故本试验不作进一步进行研究。

3 结论与建议

对不同粒径、不同含水量、不同温度竹炭的远红外比辐射率进行研究，结果表明，样本的含水量和粒径对竹炭远红外比辐射率有显著影响，而温度对竹炭远红外比辐射率测试基本没影响。

为保证检测精度，建议制定统一的、符合实际使用的竹炭远红外比辐射率检测环境条件，将测试误差控制在最小范围内。

根据试验结果，建议在检测竹炭远红外比辐射率强度时，将样本烘干并粉碎、过筛，含水量控制在5%以内，粒径大于100目。

致谢：遂昌县产品质量监督检验所承担竹炭样本检测和提供测试数据，谨表示感谢！

[1] 陈衡. 红外物理学[M]. 北京：国防工业出版社，1985.1－28.

[2] 张文标，李文珠，曾凡地. 竹炭的红外辐射特性[J]. 浙江林学院学报，2008，25（5）：573－577.

[3] 李文珠， 章敏， 闫国祺，等. 竹炭远红外性能研究及发展趋势[J]. 世界竹藤通讯，2010，8（6）：1－3.

[4] 闫国祺，王树东，张文标. 竹炭远红外功效的测试与分析[J]. 浙江林业科技，2012，32（5）：33－36.

[5] 何登良，董发勤，刘家琴，等. 远红外功能材料的发展与应用[J]. 功能材料，2008，5（39）：709－712.

[6] 杨如增，杨满珍，廖宗廷，等. 天然黑色电气石红外辐射特性研究[J]. 同济大学学报，2002，2（30）：183－187.

[7] 张文标，王伟龙，邵千钧，等. 竹炭生产工艺的现状及建议[J]. 竹子研究汇刊，2003，22（1）：82－21.

[8] 刘健，张才根. 粒度对样品辐射特性影响的实验研究[J]. 红外与毫米波学报，1994，13（6）：431－435.

[9] 肖青，柳钦火，李小文，等. 热红外发射率光谱的野外测量方法与土壤热红外发射率特性研究[J]. 红外与毫米波学报，2003，22（5）：373－378.

[10] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 竹炭 GB/T 26913-2011[S]. 北京：中国标准出版社，2011. 1－7.

[11] 张建奇，方小平. 红外物理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004. 71－72.

[12] 邹南智，朱又迈，赵广福. 关于红外半球全发射率与温度关系的讨论 [J]. 红外技术，1997，19（3）：1－4.

Determination on Far-infrared Radiance of Bamboo Carbon under Different Condition

LIN Shao-bo，GUO Xiao-hua，MAO Hai-bo，WENG Yi-ming
(Suichang Forestry Bureau of Zhejiang, Suichang 323300, China)

Determinations were implemented on far-infrared radiance of bamboo (Phyllostachys heterocycla cv. pubescens) carbon with different water content, grain diameter and temperature. The result demonstrated that water content and grain diameter had evident effect on far-infrared radiance of carbon, but temperature had not. Suggestions were put f orwarded for better determination condition, water content ＜5%, g rain diameter＞100 meshes.

bamboo carbon; far-infrared; water content; grain diameter; temperature

S785；TQ351

：A

1001-3776（2016）03-0028-03

2015-12-25

：2016-03-19

国家级星火计划项目“竹炭生产关键技术集成与产业化(2010GB700155)

林少波（1968－），男，浙江遂昌人，从事林业技术研究与推广。