生物質棉稈制備活性炭的試驗研究

秦翠蘭 王磊元 趙群喜 李風娟

(新疆理工學院，新疆 阿克蘇 843000)

1 材料與方法

1.1 材料

棉稈取自新疆阿克蘇市溫宿縣庫如力村農田，自然風干后破碎至1 cm備用。試劑均為分析純，由新疆科龍化工廠生產。

1.2 方法

稱取一定數量的干燥原料放入燒杯中，按照正交試驗條件進行配制浸泡。充分攪拌浸泡后將原料移至瓷坩堝，蓋上蓋子，放入馬弗爐內完成炭化和活化過程[3]。再將樣品轉移出馬弗爐，自然冷卻至室溫，將樣品用10%鹽酸在90 ℃條件下煮30 min，用蒸餾水反復清洗，直至中性，在105 ℃條件下烘干，并粉碎至所需目數[4]。計算活性炭的產率。

1.3 正交試驗設計

為探討ZnCl2濃度、浸泡時間、反應溫度、反應時間等多個試驗條件對農業廢棄物活性炭性能的共同影響，進行正交試驗。對以上因素選取4個水平，用L16(45)正交表安排試驗，見表1。

表1 正交試驗因素水平

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果

根據表2分析得出的結論，活性炭產率的較優水平：A1B4C1D1，說明在活化劑ZnCl2濃度20%、浸泡時間28 h、反應溫度300 ℃、反應時間20 min的條件下，該試驗條件即為棉稈活性炭生產產率的最佳條件。主次因素：C>D>A>B。

表2 棉稈活性炭正交試驗方案與結果

2.2 指標和參數之間的關系

圖1 各因素水平對活性炭產率的影響

從上圖中可以看出，因子ZnCl2濃度的實際水平為橫坐標，活性炭產率為縱坐標，ZnCl2濃度影響活性炭產率極差為7.1；因子浸泡時間的實際水平為橫坐標，活性炭產率為縱坐標，浸泡時間影響活性炭產率極差為2.7；因子反應溫度的實際水平為橫坐標，活性炭產率為縱坐標，反應溫度影響活性炭產率極差為33.1；因子反應時間的實際水平為橫坐標，活性炭產率為縱坐標，反應時間影響活性炭產率極差為14。由此說明反應溫度對活性炭產率影響最大，反應時間的影響第二，ZnCl2濃度的影響第三，浸泡時間的影響最小。

2.3 活性炭產率的方差分析

由上述方差分析表3分析可得，在給定α=5%，查表得Fα(3，3)=9.28。易見FC>9.28，這表明反應溫度對活性炭產率有顯著影響；又FA<9.28，FB<9.28，FD<9.28，表明ZnCl2濃度、浸泡時間和反應時間對活性炭產率無顯著影響。

表3 方差分析表

3 結論與討論

活性炭產率的較優水平：A1B4C1D1，說明在活化劑ZnCl2濃度20%、浸泡時間28 h、反應溫度300 ℃、反應時間20 min的條件下，活性炭產率達到62%。該試驗條件即為棉稈活性炭生產產率的最佳條件。影響活性炭產率主次因素為：反應溫度>反應時間>ZnCl2濃度>浸泡時間；通過方差分析表表明反應溫度對活性炭產率有顯著影響。以棉稈為原料制備活性炭，不僅開辟了活性炭原料的新途徑，而且解決了農業廢棄物減量化、資源化的問題，對實現農業的可持續發展具有重要的意義。