水稻秸秆制备生物制活性碳

(贵州大学 贵州 贵阳 550000)

当代世界，传统矿产资源濒临枯竭，资源短缺极大限制了世界经济的发展，快速崛起的中国也面临着资源不足的严峻考验，因此对于新能源的开发利用提出了迫切的要求，水稻秸秆是储备丰富，可再生的绿色新资源，跟据统计，全世界每年秸秆类农业废弃物约为29亿吨，水稻秸秆就占了总量的19﹪[1]。但水稻秸秆长期以来没有得到良好的利用，并且由于大部分地区采用焚烧处理，造成了资源浪费，引起严重的空气污染，燃烧秸秆还与大气中的颗粒污染物密切相关[2]。

生物质活性炭具有多孔性和较大的吸附能力。但制备生物质活性炭高昂的成本极大的限制了其发展和应用，寻找价格低廉，产量丰富的原料是降低生产生物质活性炭成本的有效手段。

一、实验部分

(一)仪器试剂与材料

主要仪器：马弗炉

(二)活性炭的制备

炭化时间的影响：将收集的水稻秸秆洗净晾干，晾干后剪碎至0.5cm左右。取水稻秸秆20g(一个平行样)，用去离子水浸泡24h，固液比为1:10，在烘箱内烘干，之后进行炭化，控制炭化温度400℃，改变炭化时间，分别为：1h、2h、3h、4h、5h、6h；炭化后得到活性炭。

炭化温度的影响：同样将水稻秸秆洗净晾干，晾干后剪碎至0.5cm左右，称取原材料20g(一个平行样),用去离子水浸泡24h，固液比为1:10，在烘箱内烘干，之后进行炭化，控制炭化时间4h，改变炭化温度，依次为:100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃，控制炭化温度操作步骤也像控制炭化时间一样。炭化后得到活性炭。

电子天平称量后，碾磨过筛，装入封装袋中。比较所得的活性炭，炭化温度为100℃,200℃的活性炭炭化质量很低，所以剔除。同时也可看出当炭化时间为1h,2h时，需要较高的炭化温度，在经济效益方面来看，经济效益较低。综合经济效益和炭化的最终效果，所以省略炭化温度分别为100℃,200℃和炭化时间分别为1h,2h制备活性炭的研究。

二、结果与讨论

表1 不添加活化剂的水稻秸秆炭化率

根据水稻秸秆的制备结果显示，炭化温度分别为100℃，200℃的水稻秸秆炭化率很高，但是水稻秸秆基本未被碳化，当炭化温度为300℃时还有少许水稻秸秆未完全炭化，所以炭化温度应该大于300℃而且根据所查文献，炭化温度对活性炭的微孔孔隙和吸附比表面积影响很大，炭化温度的取值范围在300℃-1000℃，水稻秸秆在高温下分解反应剧烈，秸秆分子键中的C-O,C-C键断裂，炭化温度的升高，会导致活性炭产率降低，活性炭产率及活性炭吸附效率成了衡量较优制备活性炭的重要条件。Putum等[11]研究发现，炭化温度的升高将会增大液态和气态产物，导致固态物质降低，所以温度增高，水稻秸秆内部挥发的性物质逐渐减少，剩余产物含碳量逐渐增加，所以在一定炭化温度内炭化温度越高，制备的活性炭质量越佳[12]。所以剔除炭化温度为300℃的活性炭，炭化温度为400℃时水稻秸秆完全炭化，炭化时间的选择，因为当炭化时间为1h，2h时，需要很高的炭化温度，活性炭的炭化温度为100℃、200℃、300℃时，产品中尚有少许未被炭化的水稻秸秆，而当炭化时间过长会导致活性炭的产率降低并且消耗较多生产时间，不利于活性炭批量生产。活性炭的炭化，是在高温缺氧下，使水稻秸秆热解形成多裂孔的炭结构，在马弗炉中，大多非炭元素，如氢氧从秸秆中以气体的形式挥发出来，炭化后的产物非常不规则，产生大量孔隙，所以在炭化期间的炭化时间的选取将会影响活性炭的孔隙结构，由于实验使用的马弗炉是非恒温马弗炉，保温效果较差，当到达所设定的炭化温度，由于恒温效果较差，所以在选择炭化时间时，可能造成活性炭产品孔隙结构被破坏，所以根据实验数据和所查文献选取炭化时间为4h是最优的炭化时间。

结论

不添加活化剂制备生物质活性炭：当炭化温度为600℃，炭化时间4h时制备活性炭的炭化率较优为68.07﹪。