磷酸法低灰分活性炭的制備研究

張 麗，張 丹，潘紅艷，董永剛，李文飛，秦 紅

（1.貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州貴陽 550025；2.貴州甕福化工有限公司，貴州貴陽 550002）

活性炭因其高比表面積、豐富的孔徑結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性質(zhì)，在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用［1-3］。活性炭的制備方法主要有物理法［4］、化學(xué)法［5］和物理化學(xué)法［6］。化學(xué)法常用的活化劑有氫氧化鉀、氯化鋅和磷酸，其中用磷酸作為活化劑的方法因污染低、能耗低和回收簡單等優(yōu)點，成為目前工業(yè)上制備生物質(zhì)基活性炭的主要方法［7-11］。磷酸基于生產(chǎn)工藝可分為熱法磷酸和濕法磷酸，與熱法磷酸相比，濕法磷酸制備的活性炭存在灰分含量高、金屬雜質(zhì)含量高、吸附性能差等缺點［12-15］，限制了濕法磷酸在高端活性炭制備領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，以濕法磷酸為活化劑制備低灰分、高性能活性炭，無論是在節(jié)能降耗減排方面，還是在拓寬濕法磷酸應(yīng)用領(lǐng)域方面都具有重要的社會經(jīng)濟意義［16-17］。

為了降低活性炭的灰分含量，前人大多選擇腐蝕性強、易揮發(fā)的HCl、HF 和HNO3等作為酸洗介質(zhì)［18-20］。這些酸具有很強的溶解性和良好的除灰效果，但會破壞碳材料的孔隙結(jié)構(gòu)，同時溶液中有機、無機雜質(zhì)也會或多或少地吸附在炭表面上［21］；此外，這些酸易揮發(fā)，使得回收相當(dāng)困難，既增加處理成本又不利于環(huán)境保護。盡管目前在活性炭性能提升方面已經(jīng)取得突破性成果（如亞甲藍(lán)值超過250 mg/g）［22-25］，但是活性炭的比表面積仍然不高，且生產(chǎn)所需的酸消耗量大，制備工藝復(fù)雜［26］。值得注意的是，雖然現(xiàn)階段采用熱法磷酸制備活性炭的研究有很多，但是以濕法磷酸為主要活化劑生產(chǎn)活性炭的研究較少，對其機理和體系研究不足，且考察灰分含量和吸附性能的研究較少。

基于此，以濕法磷酸為活化劑、廢木屑為碳源，通過化學(xué)活化法制備活性炭。首次采用濕法磷酸作為洗滌介質(zhì)去除活性炭灰分，減少了循環(huán)使用過程中雜質(zhì)的引入，無需額外處理洗滌酸，降低了生產(chǎn)成本。此外，首次以濕法磷酸為主活化劑，系統(tǒng)研究了活化工藝過程中溫度、時間、磷酸濃度、酸屑質(zhì)量比和氣氛對活性炭灰分含量及性能的影響，找出了最佳活化條件；系統(tǒng)研究了洗滌工藝過程中洗滌介質(zhì)、洗滌溫度、酸濃度、洗滌次數(shù)、洗滌劑用量和洗滌時間對活性炭灰分最大去除率的影響。通過一系列表征手段分析了活性炭的孔徑分布及表面性質(zhì)，并通過灰分、碘吸附值和亞甲藍(lán)吸附值對活性炭的性能進行了評價。

1 實驗部分

1.1 實驗原料、試劑與儀器

衫木屑（60～100目），購自奧捷炭素活性炭有限公司，經(jīng)烘干后備用；磷酸（工業(yè)級，H3PO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%）；碘、碘化鉀、亞甲藍(lán)試劑，均為分析純。

高溫管式電阻爐（SKGL-1200）；電熱鼓風(fēng)干燥箱；紫外分光光度計（UV-8000T）；傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，Is50 FT-IR）；熱重分析儀（TG 209 F1 Libra）；比表面及孔隙度分析儀（ASAP 2020）；X射線衍射分析儀（XRD，EXCALAB 250）；X 射線熒光光譜分析儀（XRF，S2 PUMA Series Ⅱ）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Vist-Pro）；透射電子顯微鏡（TEM，F(xiàn)EI G2 F20）和掃描電子顯微鏡（SEM，HITAChl-S4800）。

1.2 活性炭的制備

稱取10 g衫木屑于250 mL燒杯中，加入一定濃度的濕法磷酸（H3PO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%、70%、85%），磷酸和木屑的質(zhì)量比設(shè)為1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3.5∶1；隨后置于預(yù)先加熱至120 ℃的烘箱中，保溫12 h，結(jié)束后冷卻至室溫；將樣品全部轉(zhuǎn)移至瓷舟并置于高溫管式爐中，在升溫速率為10 ℃/min、N2流速為200 mL/min 條件下首先升溫至250 ℃，保溫1 h，隨后在相同條件下升溫至終溫（450、500、550 ℃），并根據(jù)需求保溫一定時間（40、60、80 min），待程序結(jié)束后冷卻至室溫；將瓷舟中的樣品全部轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入一定量（25、50、75、100、125 mL）的稀磷酸溶液（H3PO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%、30%），并置于水浴鍋中加熱至一定溫度（20、40、60、80、100 ℃），保溫一定時間（10、20、30、40、60、90 min）后將樣品取出，趁熱抽濾，然后用去離子水洗滌溶液至中性，將濾渣取出放在培養(yǎng)皿中，于120 ℃烘箱中干燥過夜。生產(chǎn)流程如圖1 所示。活化溫度為450、500、550 ℃時制得的活性炭分別命名為AC-450 ℃、AC-500 ℃、AC-550 ℃。活化保溫時間為40、60、80 min 時制得的活性炭分別命名為AC-40、AC-60、AC-80。由不同濃度的濕法磷酸制得的活性炭分別命名為AC-56、AC-70、AC-85。由不同酸屑質(zhì)量比制得的活性炭分別命名為AC-1.5、AC-2、AC-2.5、AC-3.5。在氮氣和空氣氣氛下制得的活性炭分別命名為AC-N2、AC-air。

圖1 濕法磷酸活性炭的制備流程Fig.1 Preparation process of activated carbon by wet phosphate

1.3 吸附性能評價及表征分析

1.3.1 灰分及吸附性能評價

將成品活性炭烘干，在研缽中研磨粉碎過篩使顆粒小于200目（約為71 μm）。灰分含量按照GB/T 12496.3—1999《木質(zhì)活性炭試驗方法 灰分含量的測定》進行測試分析；碘吸附值按照GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗方法 碘吸附值的測定》進行測試分析；亞甲藍(lán)吸附值按照GB/T 12496.10—1999《木質(zhì)活性炭試驗方法 亞甲基藍(lán)吸附值的測定》進行測試分析。

1.3.2 表征方法

采用比表面及孔隙度分析儀對活性炭的比表面積和孔結(jié)構(gòu)進行表征，首先將活性炭在200 ℃下抽真空處理6 h 以上，以除去活性炭上吸附的雜質(zhì)氣體，然后在相對壓力（p/p0）為1×10-6～0.995、溫度為-196 ℃條件下對樣品進行N2吸附-脫附等溫線測試，樣品的比表面積采用BET 方程（多層吸附理論）計算，孔徑分布采用DFT 方程（密度函數(shù)理論）計算；將磷酸預(yù)處理后的碳材料前驅(qū)體送入熱重分析儀中，在N2氣氛下以10 ℃/min的升溫速率從室溫升至800 ℃，分析前驅(qū)體在焙燒過程中質(zhì)量損失情況；使用紅外光譜儀表征活性炭表面特征官能團；使用X 射線光電子能譜分析儀表征木屑和活性炭的結(jié)構(gòu)，在0～1 400 eV下對樣品進行全譜掃描，定性及半定量分析樣品中雜質(zhì)元素及含量；使用電感耦合等離子體光譜儀測試分析磷酸中的離子成分及含量；使用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡表征活性炭的微觀形貌，預(yù)先對樣品表面進行噴金處理，可以很好地觀察材料的表面形貌及細(xì)微結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 活化條件對活性炭性能的影響

1）活化溫度對活性炭性能的影響。圖2為不同活化溫度下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布。由圖2a 可知，隨著活化溫度的升高，活性炭的碘值和亞甲藍(lán)值逐漸升高，而灰分含量也逐漸增加。這是因為磷酸在較高溫度下會脫水縮合生成聚合度更高的多聚磷酸，并與木屑中的金屬離子或者金屬氧化物結(jié)合形成難溶性磷酸鹽，使得灰分滯留在活性炭中，灰分含量增加。值得注意的是，在450 ℃下制備的活性炭雖然灰分含量最低，但碘值和亞甲藍(lán)值也較低，制備出的活性炭比表面積SBET和總孔孔容Vtotal較小（圖2b～c 和表1），這可能是因為活化溫度較低，磷酸未充分發(fā)揮其溶脹及分解機制，沒有達到充分活化生物炭的目的。因此，在實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)要求嚴(yán)格控制活化溫度，本研究選擇活化溫度為500 ℃。

表1 不同活化溫度下所制得活性炭的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Pore structure parameters of activated carbon prepared at different activation temperatures

圖2 不同活化溫度下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布Fig.2 Performance， structure and particle size of activated carbon produced at different activation temperatures

2）活化時間對活性炭性能的影響。圖3為不同活化時間下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布。由圖3a可知，隨著活化時間的延長，灰分含量逐漸增加，活性炭的碘吸附值先升高后降低，在60 min時最佳。這是因為在較短活化時間內(nèi)濕法磷酸與木屑還未充分反應(yīng)，活化效果不理想；隨著活化時間的延長，活性炭的比表面積SBET和總孔孔容Vtotal逐漸增加，微孔孔容Vmic和介孔孔容Vmes也在逐漸增加，但是當(dāng)增加到60 min 時繼續(xù)延長活化時間，活性炭比表面積SBET和微孔孔容Vmic呈現(xiàn)下降趨勢，介孔孔容Vmes上升（見圖3b～c和表2），說明活化時間過長會使已形成的微介孔進一步變成中大孔，部分孔道坍塌，吸附性能變差。因此，最佳活化時間選擇60 min。

表2 不同活化時間下所制得活性炭的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 2 Pore structure parameters of activated carbon prepared at different activation time

圖3 不同活化時間下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布Fig.3 Performance，structure and particle size of activated carbon produced at different activation time

3）磷酸濃度對活性炭性能的影響。圖4為不同磷酸濃度下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布。由圖4a 可知，當(dāng)磷酸濃度較低時，磷酸不能與木屑充分作用，沒有形成保護炭體的磷酸-有機碳骨架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致大量木屑被燒失，灰分在活性炭中的占比增加；當(dāng)磷酸濃度過高時，磷酸溶液的流動性較差，難以進入木屑內(nèi)部，使得內(nèi)部大量碳被燒失，外部炭體由于磷酸濃度高而過度活化，導(dǎo)致形成的微孔坍塌（孔結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖4b～c 和表3），吸附性能變差。因此，磷酸最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，此工藝條件下制備的活性炭灰分為1.07%、碘值為1 241.4 mg/g、亞甲藍(lán)值為285 mg/g、比表面積為2 290 m2/g。

表3 不同磷酸濃度下所制得活性炭的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 3 Pore structure parameters of activated carbon prepared at different phosphoric acid concentrations

圖4 不同磷酸濃度下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布Fig.4 Performance，structure and particle size of activated carbon produced at different phosphoric acid concentrations

4）酸屑質(zhì)量比對活性炭性能的影響。圖5為不同酸屑質(zhì)量比下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布。由圖5a 可知，隨著酸屑質(zhì)量比的增大，活性炭的灰分含量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，而碘值和亞甲藍(lán)值則呈現(xiàn)相反的趨勢；當(dāng)酸屑質(zhì)量比為2.5∶1時，制備的活性炭性能最好。這是因為當(dāng)酸屑質(zhì)量比較低時，磷酸量少，不能與木屑充分混合，導(dǎo)致內(nèi)部的木屑被燒失，灰分占比增加，孔隙結(jié)構(gòu)向中大孔發(fā)展；當(dāng)酸屑質(zhì)量比為3.5∶1時，過量的磷酸會過度參與活化，使得已經(jīng)形成的孔道坍塌，Vmic減小而Vmes增大（見圖5b～c和表4），導(dǎo)致吸附效果變差，灰分含量增加。因此，最佳酸屑質(zhì)量比為2.5∶1。

表4 不同酸屑質(zhì)量比下所制得活性炭的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 4 Pore structure parameters of activated carbon prepared at different acid chip mass ratios

圖5 不同酸屑質(zhì)量比下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布Fig.5 Performance，structure and particle size of activated carbon produced at different acid chip mass ratios

5）活化氣氛對活性炭性能的影響。圖6為不同氣氛下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布。由圖6a 可知，以N2作為保護氣氛制備的活性炭在灰分、碘值和亞甲藍(lán)值方面均優(yōu)于空氣下活化制得的活性炭。這可能是因為在活化過程中，空氣中的氧氣會接觸碳源加速氧化，使得碳源過度燃燒變成氣體，同時缺少氮氣惰性氣氛保護，導(dǎo)致炭體被燒失，總孔孔容和微孔孔容減小（見圖6b～c 和表5），孔隙結(jié)構(gòu)向中大孔發(fā)展，吸附效果變差。

表5 不同氣氛下制備的活性炭的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 5 Pore structure parameters of activated carbon prepared under different atmospheres

圖6 不同氣氛下所制得活性炭的性能、結(jié)構(gòu)及孔徑分布Fig.6 Performance，structure and particle size of activated carbon produced under different atmospheres

2.2 洗滌條件對活性炭性能的影響

磷酸與木屑在活化過程中會產(chǎn)生許多無機鹽，如磷酸鹽、焦磷酸鹽、多聚磷酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽等，這些無機鹽會沉積在活性炭前驅(qū)體內(nèi)部，需要通過洗滌（酸洗、堿洗、水洗等操作）將其中的無機鹽除去，以形成結(jié)構(gòu)豐富的多孔炭。探究了洗滌條件（洗滌介質(zhì)、酸濃度、溫度、次數(shù)、洗滌酸用量和時間）對活性炭性能的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 洗滌條件對活性炭性能的影響Fig.7 Effect of washing conditions on properties of activated carbon

由圖7a可知，酸洗后的活性炭灰分含量低于水洗后的活性炭，其原因是活性炭中的灰分（金屬氧化物、各種無機鹽）難溶于水，滯留在活性炭中導(dǎo)致水洗活性炭的灰分含量最高；其次，鹽酸酸洗后的活性炭灰分含量雖然低于磷酸酸洗后的活性炭，但鹽酸是強酸，當(dāng)達到一定濃度時其腐蝕性會增強，造成活性炭纖維表面腐蝕甚至出現(xiàn)擴孔的現(xiàn)象，且鹽酸易揮發(fā)，對環(huán)境的污染較大。因此，本研究選擇磷酸作為洗滌劑。一方面磷酸在循環(huán)使用過程中不需要額外處理，既可以減少雜質(zhì)引入又降低了生產(chǎn)成本；另一方面經(jīng)磷酸洗滌后的活性炭孔徑參數(shù)較優(yōu)，碘值和亞甲藍(lán)值較高。

由圖7b 可知，隨著磷酸濃度的增加，活性炭品質(zhì)先升高后降低。這是因為洗滌酸濃度較低時，能溶解的難溶物較少；當(dāng)洗滌酸濃度逐漸增加時，會溶解較多的無機鹽雜質(zhì)，且雜質(zhì)的去除也疏通了孔道，因此，H3PO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時產(chǎn)品性能最佳；但是，進一步增加洗滌酸濃度時，活性炭的部分難溶物仍然難以去除，而且洗滌酸中少量雜質(zhì)還會吸附在活性炭內(nèi)部，導(dǎo)致活性炭灰分含量增加，此外洗滌酸濃度達到一定程度后會造成微孔坍塌，吸附性能變差。因此，洗滌酸最佳濃度為20%，即w（H3PO4）=20%。

由圖7c 可知，隨著洗滌溫度的升高，灰分含量逐漸減少。這是因為溫度升高有利于金屬雜質(zhì)與酸之間的反應(yīng)快速進行，且存在于活性炭表面及孔道內(nèi)的可溶性無機鹽的溶解度增大，促進更多雜質(zhì)的去除；然而，當(dāng)溫度升高到100 ℃時，其碘值與亞甲藍(lán)值下降，這可能是由于在較高溫度下反應(yīng)過于劇烈，造成活性炭孔壁穿透、塌陷。因此，最佳洗滌溫度為80 ℃。

由圖7d 可知，洗滌次數(shù)的增加對碘值和亞甲藍(lán)值的影響并不大，碘值僅從1 030.4 mg/g 增加到1 093.3 mg/g，亞甲藍(lán)值僅從255 mg/g增加到267 mg/g；但洗滌次數(shù)的增加對灰分的影響卻很明顯，即隨著洗滌次數(shù)的增加，灰分含量逐漸減少。這是因為在灰分溶解過濾后，再加入新的洗滌液，灰分和洗滌液會重新形成新的濃度差，從而使灰分能更多地溶解在新的洗滌液中。因此，在實際生產(chǎn)過程中，建議進行至少3 次的洗滌過程，以便得到更高品質(zhì)的活性炭產(chǎn)品。

由圖7e可知，隨著洗滌酸用量的增加，活性炭品質(zhì)先升高后基本保持不變，當(dāng)洗滌酸用量為100 mL時活性炭性能最佳。這是因為當(dāng)洗滌酸用量較少時無法滿足溶解需求導(dǎo)致灰分含量偏高，且部分孔隙被雜質(zhì)堵塞無法發(fā)揮吸附作用，故碘吸附值和亞甲藍(lán)吸附值不高；隨著洗滌酸用量的增加，活性炭中各種無機鹽逐漸溶解在洗滌酸中，吸附性能升高；當(dāng)洗滌酸用量高于100 mL 時，很快達到洗滌平衡，繼續(xù)增加用量，對活性炭的洗滌效果并不明顯，且會增加成本。因此，建議洗滌酸用量為100 mL（10 g木屑）。

由圖7f可知，隨著洗滌時間的增加，活性炭品質(zhì)先升高后有所下降。這是因為隨著洗滌時間的增加，活性炭上的無機鹽逐漸溶解在酸性洗滌液中，并且隨著孔隙中的雜質(zhì)被洗出，孔隙得到開發(fā)，吸附效果增強，當(dāng)洗滌時間為60 min時吸附性能最佳；繼續(xù)增加洗滌時間，活性炭中能與酸反應(yīng)的雜質(zhì)已被除去，剩余的雜質(zhì)很難在此條件下繼續(xù)反應(yīng)，且部分脫附的雜質(zhì)會被重新吸附在活性炭上導(dǎo)致灰分含量增加，此外過度增加洗滌時間會破壞孔隙結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備利用率，增加生產(chǎn)成本。因此，最佳洗滌時間為60 min。

2.3 活性炭的表征分析

2.3.1 原料分析

為了找出濕法磷酸活性炭灰分含量較高的原因，對原料和產(chǎn)品進行成分分析，結(jié)果如表6～8 所示。由表6～7可知，木屑含有大量的碳元素，灰分含量較少，適用于生產(chǎn)活性炭；濕法磷酸中含有的雜質(zhì)離子種類較多，但含量不高。表8 為木屑與活性炭的XRF 分析結(jié)果。由表8 可知，木屑中含有大量的K、Ca、Fe、S元素，以及多種微量元素，這些元素大多以無機鹽或者金屬氧化物的形式存在；木屑在磷酸活化的過程中，會與磷酸結(jié)合生成各種難溶性磷酸鹽，形成的灰分滯留在活性炭中，造成活性炭灰分含量較高，品質(zhì)較差。此外，活性炭中含量較高的Ca、S、Fe主要來源于木屑，P主要來源于磷酸。

表6 木屑的元素分析及工業(yè)分析結(jié)果Table 6 Elemental and industrial analysis results of wood chips%

表7 濕法磷酸中離子種類及含量分析結(jié)果Table 7 Analysis results of ion species and content in wet-process phosphoric acid10-6

表8 木屑與活性炭的XRF分析結(jié)果Table 8 XRF analysis results of wood chips and activated carbon

2.3.2 活性炭的性質(zhì)分析

圖8 a～b 為木屑和磷酸-木屑前驅(qū)體的TG 曲線和DTG曲線。由圖8a～b可知，在第一階段（＜100 ℃），濕法磷酸-木屑前驅(qū)體的質(zhì)量損失率較大，DTG 曲線出現(xiàn)一個吸熱峰，歸屬于木屑中水分的蒸發(fā)及少量磷酸的脫水縮合；在第二階段（100～500 ℃），磷酸-木屑前驅(qū)體曲線變化較為緩慢，但木屑在此階段燒失量嚴(yán)重，由此說明加入磷酸有利于形成耐高溫的凝聚炭結(jié)構(gòu)，并保護材料不被燒失，同時樣品被緩慢侵蝕活化，形成發(fā)達的微介孔碳材料，故此階段為活化階段；第三階段（＞500 ℃）為高溫區(qū)，隨著溫度的升高，活化劑氣化溢出，失去活化劑保護作用的炭體被燒失，故此階段質(zhì)量損失率最大。圖8c為濕法磷酸活性炭的XRD譜圖。由圖8c可知，濕法磷酸活性炭分別在2θ為25°和43°處出現(xiàn)寬衍射峰，表明樣品中的炭主要為無定型的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。圖8d 為濕法磷酸活性炭的FT-IR 圖。由圖8d 可知，位于3 440 cm-1處的吸收峰歸屬于—OH/—NH2的伸縮振動峰，位于2 850～2 930 cm-1處的吸收峰歸屬于—CH2—的伸縮振動峰，位于1 560～1 630 cm-1處的吸收峰歸屬于C=C/C=O 的伸縮振動峰，位于1 020～1 070 cm-1處的吸收峰歸屬于C—O的伸縮振動峰，位于740～880 cm-1處的吸收峰歸屬于C—H面內(nèi)彎曲振動峰，證明濕法磷酸活性炭表面含有羥基、羧基、醚鍵、氨基等含氧和含氮官能團。

圖8 木屑及磷酸-木屑前驅(qū)體的TG曲線（a）和DTG曲線（b），以及濕法磷酸活性炭的XRD譜圖（c）和FT-IR圖（d）Fig.8 TG curves（a） and DTG curves（b） of awdust and phosphoric acid-sawdust precursors，and XRD pattern（c） and FT-IR spectrum（d） of activated carbon from wet-process phosphoric acid

2.3.3 活性炭的微觀結(jié)構(gòu)分析

圖9a～c 為濕法磷酸活性炭樣品的SEM 圖。由圖9a～c 可以看出，樣品表面小孔較少，不規(guī)則孔道較多。這是因為在500 ℃下隨著反應(yīng)的進行，濕法磷酸不斷對碳材料進行腐蝕，并形成一系列含磷官能團（可以保護炭體不被燒失），只有碳材料內(nèi)部的H、O元素和一些灰分物質(zhì)被帶出，其余的碳物質(zhì)被保留下來，形成一系列不規(guī)則的孔道。利用透射電鏡進一步研究了活性炭的孔結(jié)構(gòu)和微觀形貌，見圖9d～f。由圖9d～f 可以觀察到，樣品中含有大量的蟲洞狀微介孔結(jié)構(gòu)。

圖9 濕法磷酸制備的活性炭的SEM圖（a～c）和TEM圖（d～f）Fig.9 SEM images（a～c） and TEM images（d～f） of activated carbon prepared from wet-process phosphoric acid

3 結(jié)論

以廢木屑為碳源、濕法磷酸為活化劑和洗滌介質(zhì)，同時探究活化條件和洗滌條件對活性炭灰分及性能的影響。結(jié)果表明，濕法磷酸在活化過程中會與木屑中的金屬雜質(zhì)反應(yīng)生成各種難溶性磷酸鹽，且不同的制備條件對活性炭的灰分含量和性能有較大影響。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制各工藝條件，盡量減少不溶性磷酸鹽的形成。在最佳條件下制備的活性炭灰分含量低、碘值及亞甲藍(lán)值高，比表面積高達2 290 m2/g，具有在食品、醫(yī)藥等高端行業(yè)應(yīng)用的潛力。