生物質(zhì)活性炭的制備與應(yīng)用

李賡++汪麗

摘 要：該文簡要介紹了生物質(zhì)活性炭的3種制備方式，即物理法、化學(xué)法以及化學(xué)與物理結(jié)合法；以及生物質(zhì)活性炭在環(huán)境保護(hù)方面的主要應(yīng)用。利用豐富的生物質(zhì)制備活性炭，可以使資源得到綜合循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；活性炭；制備；應(yīng)用；環(huán)境保護(hù)

中圖分類號(hào) X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）23-28-02

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，在處理環(huán)境問題中，活性炭得到了很多的應(yīng)用。活性炭是指一類含有豐富空隙結(jié)構(gòu)和高比表面積的碳質(zhì)吸附材料[1]，其中空隙可以分為微孔（<2nm）、中孔（2～50nm）和大孔（>50nm），不同的孔徑可以吸附不同的分子，制作過程中根據(jù)具體需求進(jìn)行。活性炭的來源主要有農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物（各類果殼，加工下腳料）以及煤炭、煤矸石、石化副產(chǎn)品等。由于煤炭、石化產(chǎn)品等化石類資源的不可再生生性，充分利用各類農(nóng)業(yè)以及林業(yè)廢棄物生產(chǎn)活性炭，可以促進(jìn)廢棄物的循環(huán)利用，減少環(huán)境污染。

1 生物質(zhì)活性炭的主要制備方式

生物質(zhì)活性炭的主要制備方式有物理法、化學(xué)法、化學(xué)與物理結(jié)合法3種。

1.1 物理法 首先對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物原料進(jìn)行炭化，使含碳有機(jī)物在加熱狀態(tài)下發(fā)生分解，非碳元素以揮發(fā)性氣體逸出，生成富含碳元素的固體熱解產(chǎn)物，然后用二氧化碳、水蒸氣或空氣等氧化性氣體活化，使其形成發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)。炭化溫度一般為600℃，活化溫度范圍在800～900℃。謝招娣[2]等在苧麻桿活性炭的制備及其應(yīng)用中研究了不同升溫速率對(duì)熱解過程的影響，通過相應(yīng)曲面等正交設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在最佳的條件下制備了活性炭，并通過碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值的吸附實(shí)驗(yàn)對(duì)活性炭的吸附能力進(jìn)行了檢測。Hammed等以椰子殼作為原料，通過物理法生產(chǎn)活性炭，并對(duì)其吸附能力進(jìn)行了相應(yīng)的檢測。

1.2 化學(xué)改性法 化學(xué)改性法指的是利用各類化學(xué)試劑，如H2SO4、ZnCl2、H3PO4先浸漬原材料進(jìn)行改性，然后在一定的溫度下，在惰性氣體保護(hù)下，產(chǎn)生活性炭。這類活性劑的作用在于具有脫水作用，可以使活性炭內(nèi)部產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大比表面積，加強(qiáng)活性炭的吸收能力。例如，胡巧開[3]等利用氯化鋅對(duì)板栗殼進(jìn)行浸漬，500℃活化60min獲得活性炭。郝明明[4]以新疆杏核殼為原料，利用氯化鋅作為活化劑，并通過微波作為加熱手段，活化溫度600℃，活化時(shí)間90min，料液比為1∶3，氯化鋅濃度為 50%，微波功率為700W，微波輻射時(shí)間為7min。在此工藝條件下，活性炭產(chǎn)品的碘吸附值為1 670.25mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為20mL/0.1g。王泉清[5]等人以磷酸為活化劑，以磨碎的玉米秸稈為原材料制備活性炭，亞甲基藍(lán)脫色力最高可達(dá)16mL/0.1g。

1.3 化學(xué)和物理結(jié)合法 物理法制備活性炭的優(yōu)點(diǎn)在于不需要用到化學(xué)試劑，對(duì)環(huán)境帶來的影響比較小，缺點(diǎn)是生產(chǎn)活性炭的效率不高，同時(shí)產(chǎn)生的活性炭孔徑比較大，比表面積較小，吸附能力比較差。化學(xué)法制備活性炭的方法通過活化劑先對(duì)材料進(jìn)行處理，可以獲得微孔較多，比表面積大的活性炭；但是由于前期處理中用了化學(xué)試劑，后期需要進(jìn)行相應(yīng)處理以減輕化學(xué)試劑對(duì)環(huán)境帶來的影響。隨著科技發(fā)展，化學(xué)和物理結(jié)合的方法越來越受到人們關(guān)注。首先在活性炭原料中加入一定量的化學(xué)添加劑，然后加工成型，再經(jīng)過炭化和氣體活化，制造成出具有特殊性能的活性炭。通常的添加劑有：FeSO4、NaOH、CuO、NaCO3等。

2 生物質(zhì)制備活性炭的應(yīng)用

利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備活性炭可以很好的利用農(nóng)業(yè)廢氣物，變廢為寶，得到了越來越多的應(yīng)用，如環(huán)境保護(hù)、溶劑回收、食品飲料提純、醫(yī)藥、半導(dǎo)體應(yīng)用等領(lǐng)域。我國自改革開放以來，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，但是隨之而來的環(huán)境污染也愈發(fā)嚴(yán)重，活性炭由于具有比表面積高、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在環(huán)境保護(hù)中得到了很多的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 水處理 水處理是環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在水處理方面活性炭的需求量逐年上升。傳統(tǒng)上自來水廠運(yùn)用活性炭可以處理各類有機(jī)雜質(zhì)與臭味，同時(shí)也可以去除使用漂白劑處理水體后產(chǎn)生的各種碳?xì)浠衔铩Ｔ谖廴緩U水處理方面，活性炭得到了更廣泛的應(yīng)用。活性炭處理污染廢水，根據(jù)不同的情況，可以單獨(dú)使用，或者與其他方法混合使用。（1）粒狀活性炭吸附法。此種方法常用于污水處理的后期過程，廢水經(jīng)過前期、中期處理階段后，只剩下低濃度的難分解物質(zhì)，最終可以通過活性炭吸附此類物質(zhì)，使水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。（2）粉末活性炭處理法。即在生化反應(yīng)氣池中投入粉末狀活性炭，活性炭中存在的大量微孔結(jié)構(gòu)可以吸附有機(jī)物和廢水中的溶解氧，為微生物生長階段提供了富營養(yǎng)源，而微生物長代謝過程中產(chǎn)生的各種酶類可以被吸附和富集在活性炭微孔中，由于反應(yīng)時(shí)間較長，可以使較難降解有機(jī)物被微生物氧化分解。

2.2 空氣凈化 我國部分地區(qū)空氣污染嚴(yán)重，呈現(xiàn)出工業(yè)污染與機(jī)動(dòng)車大量增加排除廢氣的混合污染，空氣中PM2.5指數(shù)上升，因而對(duì)具有空氣凈化功能的活性炭的需求日益增加。氣凈化用的活性炭過濾器結(jié)構(gòu)簡單、替換容易，家庭所用的空氣凈化器中初級(jí)過濾常需用到活性炭過濾罐。工業(yè)生產(chǎn)中燃煤產(chǎn)生廢氣中含有SO2，經(jīng)過活性炭處理后，不僅可以防止大氣污染，還可以回收利用制成硫酸，達(dá)到循環(huán)利用資源的目的。

2.3 改良土壤 從環(huán)境污染來看，土壤是各類污染的目的地，污染物來自于各個(gè)方面，如：各類污染廢水的排放；空氣中各種污染顆粒物的最終沉降；固體廢物垃圾的堆積；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)藥、化肥的過度使用等。以活性炭處理土壤，可發(fā)揮一定的作用，如在除草劑中加入活性炭，可以防止雜草生長，有效而無害。

3 結(jié)語

采用生物質(zhì)進(jìn)行活性碳制備具有以下這些優(yōu)勢(shì)：一是原料相對(duì)比較豐富，不存在和經(jīng)濟(jì)發(fā)展同時(shí)爭搶如煤炭、石化產(chǎn)品等資源的情況；二是可以解決農(nóng)村農(nóng)業(yè)或者林業(yè)廢棄物生產(chǎn)后帶來的大量污染問題，使得經(jīng)濟(jì)走向著生態(tài)化，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展；三是為減少城市內(nèi)的各種環(huán)境污染問題提供了一定的幫助。中國是一個(gè)生物質(zhì)資源豐富的國家，每年農(nóng)業(yè)以及林業(yè)生產(chǎn)后產(chǎn)生的大量的廢棄物，如秸稈、果殼等，都可以通過制備活性炭的方法達(dá)到資源的循環(huán)利用，減輕環(huán)境保護(hù)方面的壓力。生物質(zhì)制備的活性炭在環(huán)境污染治理、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用，是具有較強(qiáng)發(fā)展?jié)摿Φ馁Y源循環(huán)方式。

參考文獻(xiàn)

[1]魏娜，呂劍明，李慶利，等.活性炭制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].炭素技術(shù)，2003，03：29-32.

[2]謝招娣.苧麻桿活性炭的制備及其應(yīng)用研究[D].上海：東華大學(xué)，2011.

[3]胡巧開，鄧真麗，何舟.板栗殼活性炭的制備及其對(duì)活性艷橙的脫色研究[J].印染助劑，2012，29（4）：32-34.

[4]郝明明.高品質(zhì)杏核殼活性炭制備技術(shù)[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2011.

[5]王泉請(qǐng)，秦瑞豐.用磷酸法制備玉米秸桿活性炭的研究[J].中國資源綜合利用，2003，4：17-19. （責(zé)編：張宏民）