過期香口膠制備生物炭資源化利用的研究

李善得

（廣州市環境保護技術設備公司 廣東廣州 510030）

引言

香口膠是以天然樹膠或甘油樹脂為膠體基礎，加入糖漿、糖精、色素、香料、抗氧化劑等調和壓制而成，用于消除口腔異味，深受人民喜愛。由于香口膠也有保質期，對于過期的香口膠需要尋找合理有效的處理處置途徑，避免重新流入市場影響香口膠的品牌聲譽。過期的香口膠一般采用焚燒方式處理，直接把其轉化為二氧化碳、水等。香口膠的主要成分多糖醛酸的鈣、鎂、鉀鹽，占香口膠重量的90%以上，屬于有機高分子化合物。近年來，利用農業廢棄物、市政污泥等制備生物質炭并開展相關的應用研究[1-7]獲得關注，其主要也是因為其中含有高分子有機物，通過熱解脫氫制備生物炭。將過期廢棄香口膠通過熱解脫氫制備生物炭有利于提高其使用價值，資源獲得充分利用。

1 制備的方法和使用的儀器設備

1.1 主要儀器設備及原材料

程序升溫爐（KJ-T1400-S12012LK，鄭州），天平（FA2004，0.1mg，上海），過期廢棄的香口膠，坩堝（100ml）。

1.2 制備過程

稱取一定量的香口膠放入坩堝中，蓋好蓋子，然后采用錫箔紙包裹密封，設定一定的溫度，按照一定的升溫速率持續升溫，保持一定的時間，自然降溫到室溫，稱量前后重量的變化，獲得最后生物質炭的重量。

生物質炭的重量=W0-W1-W2

W0：自然冷卻后坩堝的總體重量，g

W1：自然冷卻后坩堝的重量，g

W2：自然冷卻后錫箔紙的重量，g

生物炭的產率=生物炭的重量/香口膠的總重量×100%

2 結果與分析

2.1 溫度對生物炭得率的影響

溫度對于香口膠的熱解脫氫過程有著重要的影響，主要包括兩個方面，一是熱解的最高溫度，一是熱解的升溫速率。表1和表2分別從熱解升溫速率和熱解溫度兩方面對香口膠熱解受溫度影響進行了研究。

表1 不同升溫速率對香口膠熱解的影響

表1的實驗條件為最終溫度為300℃，不同的升溫速率，溫度達到設定溫度時，需要繼續保留1.5h。從表1中可以看出，隨著升溫速率的增加，生物炭的得率逐漸降低，但降低并不明顯。這可能是由于隨著停留時間的延長，更多的在熱解的條件下被降解造成的。同時，從最終的產品來看，升溫速率越快獲得的生物炭的膨脹體積越大，空隙率也越高。這是由于升溫速度快，有機物分解的快，短時間內產生氣體將比較多，氣體的快速膨脹導致最后生物質炭體積膨脹大，孔隙率高。

表2 最終溫度對生物炭產率的影響

表2的實驗條件是在不同溫度條件下，以15℃/min升溫，溫度達到指定溫度后，在保持2h后，然后自然降溫獲得的生物質炭產率。從表2可以看出，隨著熱解溫度的升高，不同的條件下的生物炭的產率逐步降低。這是由于隨著溫度的升高，熱解的速率不斷增高，停留時間的越長，熱解的量越多。同時實驗中也發現，溫度在250℃以下，無論時間停留多久，香口膠不能碳化，最終產品從外觀觀察變為褐色粘稠狀液體，部分有碳化。250℃時，基本可以碳化，但不是很完全。

2.2 時間對生物炭產率的影響

時間對香口膠的碳化制備生物炭的影響見表3，熱解溫度為400℃。

表3 熱解時間對碳化制備生物質產率的影響

從表3中可以看出，隨著時間的延長，生物炭的產率不斷的降低，這主要是由于隨著時間的增加生物炭不斷地被熱解掉。而且研究發現熱解溫度越高，生物炭的產率越低。

2.3 密封性對生物炭得率的影響

香口膠熱解制備生物炭是在厭氧條件下制備的，生物炭最后產率的高低與熱解過程密封性有很大關系，表4給出了不同條件下密封性對生物炭產率的影響。熱解時間為2h，熱解溫度為350℃。1號，2號和3號的實驗條件分別為：1號先用錫箔紙把坩堝封起來，然后用針頭往坩堝中沖入氮氣1分鐘，預計沖入氮氣200毫升，其目的是把坩堝中的空氣驅趕出來，在坩堝中保持缺氧狀態；2號只用錫箔紙把坩堝封起來即可；3號坩堝用錫箔紙封起來之后，用針頭往坩堝里沖入氧氣1分鐘，預計沖入氧氣200毫升，其目的是把坩堝中的空氣驅趕出來，使坩堝保持好氧狀態。實驗結果見表4。

表4 不同制備條件下對生物炭產率的影響

從表4中可以看出在不同的條件下生物炭的產率差別很大。在1號缺氧條件下生物炭產率最高，高達58.66%，生物炭產率是3號好氧條件下的26倍，可見氧的含量對生物炭的產率的影響是非常顯著的。因此，在制備過程中熱解過程的密閉性對于生物炭的產率有非常顯著的影響。

結語

過期廢棄的香口膠通過熱解制備生物炭的研究。可以得出以下結論：（1）過期廢棄的香口膠制備生物炭具有一定的可行性，實現了資源化利用；（2）制備過程控制條件為溫度在250-450℃之間，熱解時間為2h，生物炭的產率最高為58.66%；（3）熱解過程的密封性對于生物炭的產率有重大影響。