蔗渣制活性炭工藝研究現狀

劉婕　李穎超　柳穎　王曉舟　蘇鳳霞　吳珍

摘 要：制糖工業每年產生大量的廢棄物甘蔗渣，為了減輕其造成的環境污染及資源的浪費，人們用甘蔗渣制備出具有較多孔隙結構和極大比表面積的活性炭，而活性炭的制備工藝方法有很多種，本文綜述了幾種主要的甘蔗渣生物質活性炭制備方法，并對比分析其優缺點。

關鍵詞：甘蔗渣；生物質；活性炭；制備方法

文章編號：1004-7026（2018）09-0041-02 中國圖書分類號：TS24 文獻標志碼：A

甘蔗渣是草本植物甘蔗經提取蔗汁后的纖維性殘渣，是制糖工業的首要副產品。據統計，每生產出1t的蔗糖就會產生約1～2t的蔗渣，而我國近幾年蔗糖年產量在約1 000萬t左右[1]，如得不到妥善處理，不僅資源得不到有效利用，還會造成環境污染。

活性炭是一種具有豐富孔隙結構和巨大比表面積的高表面碳質材料。由于其疏松多孔結構、大的比表面積、很高的表面活性和吸附能力而成為多功能吸附劑。現有制得活性炭的原料主要有煤質、木質、果殼、椰殼四類，其中甘蔗渣屬于木質類。研究發現，甘蔗渣制備的活性炭可以有效去除廢水、廢氣中的大部分有機物和某些無機物，被世界各國廣泛地應用于污水處理、廢氣的吸收、空氣的凈化、回收稀有金屬及溶劑等環境保護和資源回收利用領域[2]。

甘蔗渣的主要成分為纖維素和木質素，其中纖維素和半纖維素分別占到32%～48%和19%～24%，木質素占約23%～32%，灰分約4%[3]。甘蔗渣由于其天然的疏松多孔結構，是制備生物質活性炭的良好原料。通過文獻調研發現，目前用甘蔗渣制備活性炭的工藝方法多樣。本文綜述了甘蔗渣制備活性炭的主要方法，并對其進行對比分析。

1 甘蔗渣制備活性炭工藝研究現狀

近年來，對于甘蔗渣制備活性炭已經研究出許多有效的方法，目前甘蔗渣制備活性炭的工藝方法最有效的方法主要有化學活化法、物理活化法和物理輔助活化法。

1.1 化學活化法

化學活化法通常使用適當的化學活化劑，通過對甘蔗渣碳化過程中或碳化后表面官能團類型和數量的改變以調控活性炭的表面特性和孔隙結構。常用的活化劑有酸類（如H3PO4）、堿類（如NaOH）、鹽類（如ZnCl2）。

周曰等[4]采用質量百分比為40%的磷酸溶液活化甘蔗渣活性炭，在活化溫度500℃、活化時間12h條件下，得到了亞甲基藍吸附容量為294.866 mg/g的甘蔗基活性炭；公維潔等[5]將碳化后的甘蔗渣置于0.5mol/L的NaOH溶液中煮沸，發現得到的活性炭對有機實驗室廢水中苯、乙酸乙酯、環氧氯丙烷等有機物有一定的去除作用；公維潔等[6]還采用180g/L的ZnCl2溶液為活化劑，在500℃條件下活化60min，得到了對有機實驗室廢液處理效果較好的甘蔗渣活性炭。

2.2 物理活化法

物理活化法主要有惰性氣體活化法，目前主要以CO2氣體為活化劑。徐麗洪[7]等用CO2活化制備甘蔗渣活性炭，控制氣體流量為150mL/min條件下，在700℃煅燒并在 850℃溫度下活化40min，制備的活性炭碘吸附值達到1 089.76mg/g，得率為34.27%。

2.3 物理輔助活化法

黃錦鋒[8]等采用機械力輔助ZnCl2活化制備甘蔗渣活性炭。在機械剪切、研磨作用力下，活性炭表面產生化學鍵斷裂，使物質內能增高，降低了反應體系的活化能。研究結果表明，在球磨時間為15min條件下，制得的活性炭樣品的比表面達到1 541.2m2/g，碘吸附值為1 178.9mg/g。

3 甘蔗渣制活性炭活化方法對比

對比分析采用化學活化法、物理活化法和物理輔助活化法制備活性炭，各有優劣。化學活化法產品得率高，所產活性炭產品過濾孔發達，是生物質產活性炭的一種主要方法，但同化學活化具有勞動強度大、操作條件差、污染環境等缺點。物理活化法吸附效果好，產率高，但對通入氣體量的的控制要求高，操作復雜，反應劇烈，可能導致產品結構不均勻。物理輔助活化法原料經機械輔助作用，活化劑急劇揮發而產生蒸汽壓，使其由內向外爆炸般地壓出產生無數的裂縫、小孔，有助于改善產品的孔隙結構，內比表面積更大，但增加了機械作用，生產成本增加。

結束語

由甘蔗渣制備的活性炭不管是結構性能還是產率都有很明顯的優勢，但其發展工藝仍然有很多不足。本文通過對現在甘蔗渣制備活性炭工藝方法的總結和分析，介紹了甘蔗渣的結構成分并總結和分析了化學法、物理法和物理輔助活化法生產活性炭方法的優勢和劣勢。無論哪種方法，甘蔗渣制活性炭工藝追求的目標應該是相同的，即：高的活性炭產率，優良的活性炭的性能，低的生產成本且對環境無污染。

參考文獻：

[1]莫柳珍，廖炳權，黃向陽，等.甘蔗渣活性炭制備研究進展[J].廣西糖業，2015（1）：31-35

[2]Srivastava V C，Swamy M M，Mall I D，et al. Adsorptive removal of phenol by bagasse fly ash and activated carbon：Equilibrium，kinetics and thermodynamics.Colloids & Surfaces A Physicochemical & Engineering Aspects，2006，272（1）：89-104

[3]高星超，盛家榮，趙星華.甘蔗渣的研究進展[J].廣西師范學院學報，2007，24（4）：100-106

[4]周曰，潘衛國，郭瑞堂，等.用磷酸活化法制備甘蔗渣活性炭及其吸附性能研究[J].上海電力學院學報，2013，29（1）：97-100

[5]公維潔，卓先勤，陳春華.堿法制備甘蔗渣活性炭對有機實驗室廢水吸附處理效果研究[J].農產品加工，2017（15）：9-11

[6]公維潔，屈軍艷，李婉芝.ZnCl2法制備的甘蔗渣活性炭對實驗室有機廢液的吸附特性[J].安徽農業科學，2017，45（14）：54-56

[7]吳文炳，陳建發，林小蘭，江萬祥.甘蔗渣微波制備活性炭吸附劑及其再生研究[J].湖北民族學院學報（自然科學版），2010，28（02）：201-203，210

[8]黃錦鋒，黃彪，陳翠霞，等.機械力輔助氯化鋅活化法制備甘蔗渣活性炭[J].林業科學，2012，48（10）：131-135