活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　油棕葉主要用于動物食品，硝化纖維素和堆肥。實際上，它含有纖維素，半纖維素，木質(zhì)素，極有可能被用作通過熱解和浸漬工藝制造活性炭和木炭的資源。這表明油棕葉可以進(jìn)一步加工成有利的產(chǎn)品。制備木炭和活性炭有兩個階段。第一階段稱為熱解，這是在沒有氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)的情況下的燃燒過程。同時，第二階段，即浸漬。浸漬是通過破壞烴鍵或氧化分子表面來擴(kuò)大木炭的孔，這將導(dǎo)致木炭的性質(zhì)發(fā)生變化。表面積變大并具有作為吸附劑的作用。因此，本研究的目的是根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將油棕葉轉(zhuǎn)化為木炭或活性炭等優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

　　制造方法

　　用油棕葉制造活性炭的過程分為幾個階段：(1)制備油棕葉，(二)木炭生產(chǎn)，(3)生產(chǎn)活性炭，(4)最終產(chǎn)品木炭和活性炭的性能比較分析。首先，將一小片油棕葉在烤箱中于105攝氏度中干燥，直到重量恒定。然后，將熱解過程在150，200和250攝氏度中進(jìn)行90分鐘。接下來，將木炭放入烤箱使其干燥，然后用球磨機(jī)將其磨平以得到140目粒度。在進(jìn)行化學(xué)活化時，使用濃度為0%，2.5%，5%和7.5%的碳酸鈉作為活化劑(Na 2 CO 3)。該過程在80℃的烘箱中進(jìn)行2小時，然后在室溫下浸漬24小時。過濾得到的活性炭，用蒸餾水洗滌，并用烤箱干燥。最后，使用幾種方法分析了木炭和活性炭的最終產(chǎn)品。這包括木炭產(chǎn)量的分析，近似分析和定量分析。

　　產(chǎn)量

　　油棕葉炭產(chǎn)率與溫度之間存在反比關(guān)系，即當(dāng)熱解溫度升高時，木炭產(chǎn)率會降低。幾位學(xué)者發(fā)現(xiàn)這是由于原料的分解過程以及產(chǎn)生不凝性氣體的結(jié)果。

　　碘值

　　從圖1可以看出，熱解溫度具有增加活性炭和木炭的碘值的作用，因為它增加了熱解反應(yīng)器中的壓力，從而促進(jìn)了碳鏈的斷開。這也導(dǎo)致了轉(zhuǎn)移碳的數(shù)量增加。會在熱解過程中誘發(fā)碳?xì)浠�合物和其他有機(jī)化合物的分解。此外，它增加了木炭和活性炭孔的表面積。

　　較高的活化溫度將導(dǎo)致更好地形成孔，這將增加吸附能力。木炭或活性炭中的C和H鍵完全釋放，這導(dǎo)致微晶碳板移動，形成新的孔。正如所料，活性炭中的碘值與活化劑濃度成正比。較高濃度的活化劑將使其更易于與焦油和熱解過程中的揮發(fā)性物質(zhì)結(jié)合。木炭和活性炭之間的碘值有所不同，前者要低于后者。活化劑的浸漬能夠還原非碳化合物，從而擴(kuò)大活性炭的孔表面。

　　圖1：活性炭和木炭的碘值。

　　含水量

　　水含量的增加與活化劑濃度的增加成正比。活化劑濃度的增加將導(dǎo)致化合物更好的溶解過程。因此，孔將增加，導(dǎo)致活性炭增加以吸收空氣中的水。與木炭產(chǎn)量相似，木炭和活性炭的熱解溫度與水含量之間也存在反比關(guān)系。溫度的升高導(dǎo)致水含量的降低，最終將增加孔的形成。

　　灰分

　　與溫度對木炭產(chǎn)量和水含量的影響相反，灰分含量的增加與熱解溫度的增加成正比，并導(dǎo)致無機(jī)元素的積累。通常，活性炭和木炭之間的灰分組成存在差異，其中活性炭的灰分低于木炭。這是由于以下事實：木炭仍包含較高的焦油和有機(jī)礦物質(zhì)，并會觸發(fā)金屬氧化物的形成，從而增加活性炭上的灰分。此外，由于熱解過程中會形成無機(jī)鹽以及二氧化硅含量的增加，灰分的含量也會增加。

　　揮發(fā)性物質(zhì)

　　活化劑的濃度由于其改變活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的能力而具有減少揮發(fā)性物質(zhì)的作用。碳酸鈉會降解有機(jī)物質(zhì)，并會削弱活性炭的表面結(jié)構(gòu)。之后，揮發(fā)性物質(zhì)將被釋放并建立活性炭的微孔結(jié)構(gòu)。其他發(fā)現(xiàn)表明，溫度升高將改善非碳化合物的分解性能，并且還將減少揮發(fā)性物質(zhì)。

　　固定碳

　　活化劑濃度的增加具有增加固定碳百分比的作用，而溫度的升高則引起固定碳濃度的波動。固定碳含量的值受水分，灰分和活性炭揮發(fā)物的影響。其他研究也發(fā)現(xiàn)，纖維素和木質(zhì)素的含量也會影響固定碳的含量。

　　SEM分析

　　從圖2可以看出，木炭上的孔表面很小。另一方面，活性炭表面上有更多的孔分布和空腔。非碳化合物的蒸發(fā)和溶解過程導(dǎo)致了孔隙的不同結(jié)構(gòu)。與活性炭相比，活性炭的表面更寬且更分散，與前者相比更粗糙，更不規(guī)則。活化劑可以起到擴(kuò)大活性炭孔隙的作用，最終將擴(kuò)大吸附表面。

　　圖2：木炭(a)和活性炭(b)的掃描電子顯微鏡(200x)。

　　在油棕葉制成的活性炭產(chǎn)率為30.64%，水含量為6.55%，灰分為13.11%，揮發(fā)性物質(zhì)為13.46%，固定碳為67.67%，而木炭的水含量為4.21%，灰分為17.91%，揮發(fā)性物質(zhì)為14.42%，固定碳為66.33%。木炭或活性炭的多孔體在吸附過程中具有性能。FTIR分析表明，木炭和活性炭都傾向于更極性，并且包含活性炭的特定鍵。SEM分析表明活性炭包含粗糙且分布的多孔滿足用于水凈化，糖，酒精或用作甲醛揮發(fā)吸附劑。

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