竹炭的应用研究

邓先 伦 、 蒋 剑 春 、 应 浩 、常 侠 、 施 荫 锐

(中 国 林 业科 学 研 究 院 林 产 化 学工业研究所江苏南京210042)

摘要:本文对竹炭的精炼，竹炭蒸汽活化法制造活性炭进行了规律性研究，对碱法制造活性炭炭作了初步控索(磷酸法制备活性炭另文论述)，得出了一些有价值的数据，并有待进一步研究和开发，现将初步结果予以发表、以供参考。

关键词:竹、炭、电组、活性炭

竹材的热解，包括快速热解，缓慢热解及热解后气、液、固三相产率，液相产品的化学组成已在竹材热解研究论文— 竹材的快速热解(I)、竹材的缓慢热解(II)中论述。竹材热解固相产物竹炭，在20世纪90年代日本已进行了大量研究，包括炭化工艺和设备，竹炭的分类，竹炭的利用，竹炭活化特性等。由于竹材植物生长快，繁殖能力强，容易更新，且以竹材为原料生产的竹炭品质高、灰分少、细密多孔、比表面积大，吸附力强，不仅用于空气净化……，而且也用于抗辐射，电磁波屏蔽素材及某些高新技术领域。

竹炭一般 分为三类:低温炭——炭化温度400℃，中温炭——炭化温度600℃一700℃、高温炭——炭化温度1000℃。日本学者对竹炭作了测定，炭化温度在750℃以上的竹炭电阻率为0.1 Ω /cm、对频率4 GHz的电磁波衰减30 dB，对35 GHz电磁波衰减60 dB以上，表现出良好的电磁波屏蔽性能。竹炭用于制备活性炭，国内也有不少厂家和科研单位进行研究，尤以磷酸法制备活性炭的工作较多，也有微波活化制备活性炭。

本文就竹炭的精炼，竹炭蒸汽活化法制活性炭，碱法制造活性炭的实验数据进行了论述和探索。

1竹炭的精炼

I.1 精炼装置，如图1

I、石英加热管

2、竹炭

3、电炉

4、热电偶

5、数显控温仪

6、氮气瓶

图1   

1.2 将竹材在炭化温度为450℃—500℃并用氮气保护下自制的竹炭，从650℃—900℃各个温度下分别保温3h，冷却后，测定其电阻率，电阻率的变化如表1、图2。

表1不同温度精炼所得竹炭的电阻率

2竹炭的水蒸气活化制备活性炭

本实验水蒸气活化采用通用的实验室小型活化炉，活化温度850℃，其结果如表2、图3、图4、图5、图6。亚甲基蓝吸附值，碘吸附值均按GB/T 12496-1999分析，微孔容积，比表面积是以甲醇为吸附质，按修正开尔文方程计算。

表 2    活性炭性能基本数据

3氢氧化钾(KOH)为活化剂制备活性炭

3.1 将氢氧化钾与竹炭粉(自制竹炭粉碎0.7μm 以下)按一定比例拌匀，在800℃下，活化0.5 h，然后用盐酸中和，再用水洗涤至中性。

碘吸附值：12=1169mg/g   亚甲基蓝吸附值：MB= 17ml/0.1g

4结果和讨论

1) 竹炭的电阻率是随着竹炭的精炼温度上升电阻率下降，从图2、表1可以看出精炼温度750℃以后电阻率迅速下降。直到920℃下降到0.31 Ω/c m，电阻要达到0.1 Ω/c m,精炼温度必须在1000℃以上，竹炭的这一性能。在电子工业上有待进一步研究和开发。

2) 竹炭的水蒸气活化法制取活性炭与一般木材、果壳、煤等其它原料制取活性炭的规律基本一致。随着烧失率的增加，碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、微孔容积、比表面积增加。烧失率在30%左右，碘吸附值达到600mg/g，基本无亚甲基蓝吸附值，烧失率在40%以后，亚甲基蓝吸附值开始呈现出来，即微孔开始扩大。直到烧失率为70%左右，亚甲基蓝吸附值达到14.5 mL/0.1g。从烧失率50%到70%，此时碘吸附值增加减慢，而亚甲基蓝吸附值上升较快。由此看出在这一过程中，一部分微孔不断烧蚀，形成过渡孔(中孔)同时也产生新的微孔。

从孔径——孔容分布表3也可以看出这一结果：

从50%烧失率上升到70%烧失率，2.4n m的孔容由9.2μ1/g增加到32.6μ1/g。约为3.5倍。而亚甲基蓝吸附值由5 mL/0.1g增加到14.5 mL/0.1g为3倍左右，两者倍数基本相近。亚甲基蓝分子直径一般认为是1.17 nm，活性炭孔直径内的单分子层吸附，孔径至少在2.24 nm 。这与实验测定孔径——孔容分布也基本吻合。

3)水蒸气活化法与氢氧化钾活化法比较

氢氧化钾活化法与水蒸气活化法比较，在同样碘吸附值下，亚甲基蓝吸附值显得较高，若要制备亚甲基蓝吸附值较高的活性炭，采用氢氧化钾活化法较好。