利用廢棄石榴皮制備活性炭的研究

杜峰濤 朱天祥 李磊

摘要：以廢棄石榴皮為原料·以氯化鋅為活化荊，通過(guò)高溫碳化制備了石榴皮活性炭。根據(jù)石榴皮活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化碳化時(shí)間、碳化溫度得到高收取率和高吸附率的石榴皮活性炭產(chǎn)品生產(chǎn)工藝。以期為廢棄石榴皮的利用提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：石榴皮;活性炭;亞甲基藍(lán)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）20-0151-02

1引言

活性炭是由含碳為主的物質(zhì)作原料，經(jīng)高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。能有效地去除色度、臭味，可去除二級(jí)出水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無(wú)機(jī)物，目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)利用多種廢料進(jìn)行活性炭的制備。活性炭在環(huán)境保護(hù)與修復(fù)中，主要用于室內(nèi)空氣凈化、燃煤電廠煙氣凈化、汽車(chē)揮發(fā)性油氣回收、有機(jī)廢氣和溶劑吸附回收以及污水處理等。

石榴在溫帶和熱帶有大量的種植，全國(guó)形成了以新疆葉城、陜西臨潼、河南滎陽(yáng)、安徽懷遠(yuǎn)、山東棗莊、云南蒙自和四川會(huì)理為中心的石榴栽培區(qū)。在石榴制造業(yè)中，石榴汁、石榴酒、石榴種子油的大量生產(chǎn)以及作為觀賞植物種植石榴使得大量的石榴皮成為廢棄物。將其制備為活性炭可有效利用廢棄石榴皮。

目前活性炭的制備方法主要有物理活化法、化學(xué)活化法、化學(xué)物理活化法和微波加熱活化法等。其中化學(xué)活化法中氯化鋅法最為常用。本實(shí)驗(yàn)采用氯化鋅活化法制備石榴皮活性炭，通過(guò)對(duì)比不同碳化時(shí)間、不同碳化溫度制備的活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果探究石榴皮活性炭的凈化能力，為后續(xù)活性炭的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2材料和方法

2.1材料、儀器與試劑

材料：采集成熟石榴，取石榴皮清洗干凈，干燥備用。

儀器：超聲波清洗儀;馬弗爐;真空干燥箱;電子天平;分光光度計(jì);微型植物粉碎機(jī)等。

試劑：氯化鋅;濃鹽酸;亞甲基藍(lán);磷酸二氫鉀;磷酸氫二鈉;硫酸銅。試劑均為分析純。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1工藝流程

取石榴皮60℃烘干箱中烘干→粉碎→稱(chēng)取一定量粉碎的石榴皮放人氯化鋅水溶液中→100℃活化24h后于100℃下干燥24h→取干燥的石榴皮碳化一冷卻至室溫，取出，洗至中性，80℃干燥至恒重一制得石榴皮活性炭。

采集校園內(nèi)石榴，去籽取皮，洗凈晾干，放人60℃烘箱中干燥，放入棕色試劑瓶備用。取一定量干燥石榴皮塊放人100mL燒杯中，按照浸漬比1：2加入濃度為50%的氯化鋅溶液，放人100℃恒溫箱活化24h。取出活化完成的石榴皮放入100℃恒溫箱干燥。取出，放人坩堝，在馬弗爐進(jìn)行碳化，設(shè)置對(duì)照組為不同碳化時(shí)間和碳化溫度。碳化完成降至室溫，取出稱(chēng)量活性炭質(zhì)量測(cè)定收取率。將測(cè)定后的活性炭放人燒杯中用1mol/L鹽酸進(jìn)行沖洗，之后用蒸餾水洗至中性，放入恒溫干燥箱80℃干燥至恒重。將干燥過(guò)后的石榴皮活性炭用微型植物粉碎機(jī)粉碎，過(guò)80目篩。保存于棕色試劑瓶備用。取適量的活性炭對(duì)1000mg/L亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附測(cè)定，對(duì)比不同碳化溫度和碳化時(shí)間對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果，每組3次平行實(shí)驗(yàn)取平均值。

2.2.2收取率的測(cè)定

碳化溫度分別設(shè)定450℃、500℃、550℃、600℃，時(shí)間為50min，取3次平均值測(cè)定收取率。取最適碳化溫度，設(shè)置40min、50min、60min、70min，取3次平均值測(cè)定收取率。

式（2）中：X為吸附率，c1為吸附前濃度，c2為吸附后濃度（3次平行實(shí)驗(yàn)取平均值）。

3結(jié)果與分析

3.1活性炭收取率

從表1可以看出相同時(shí)間情況下，500℃收取率最高，從表2可以看出相同溫度下60min收取率最高，若在生產(chǎn)過(guò)程中需要大量制備活性炭，通過(guò)綜合考慮能源損耗，可選450℃/40min進(jìn)行量產(chǎn)。該實(shí)驗(yàn)選用60min不同碳化溫度對(duì)亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附測(cè)定。

3.2亞甲基藍(lán)吸附測(cè)定

從圖1可以看出，逐漸增加石榴皮活性炭質(zhì)量時(shí)對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果，在550℃的碳化溫度下吸附效果最好，在0.35g左右亞甲基藍(lán)基本吸附完成，其次是600℃吸附效果較好，而500℃和450℃下對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果相差較小，吸附效果相對(duì)較差。與市售其他類(lèi)型活性炭相比，自制石榴皮活性炭達(dá)到了市售活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果。

4結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)未有用石榴皮制備活性炭。本研究以石榴皮為材料，采用氯化鋅活化法制備石榴皮活性炭，探究不同碳化時(shí)間和不同碳化溫度對(duì)收取率和吸附率的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，60rain碳化時(shí)間下，500℃碳化收取率最高，達(dá)到65.26%。在60min下不同碳化溫度對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率550℃最高達(dá)到了137.24mg/g符合市售活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率，這為石榴皮活性炭的制備提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為后期石榴皮在活性炭方面的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。