生物質活性炭的制備及其性能的研究

姜威 王丹丹 胡官營 田成斌 朱宇婷

[摘要]實驗以農業秸稈為原料，通過對秸稈先活化后炭化制備了一種高效、環保、低成本的吸附劑—生物質活性炭。主要對活化劑進行了選擇并考察了料液比、炭化溫度、活化時間等因素對印染廢水吸附效果的影響。結果表明，用0.2mol/l的結晶硫酸鎂溶液（分析純）作為活化劑時，在料液比為1：3.3，活化時間為3h，炭化溫度在400℃的制備條件下制得的吸附劑活性炭吸附效果最好，此時對印染廢水的吸附率可達98.68%。

[關鍵詞]農業秸稈；結晶硫酸鎂；吸附

[中圖分類號]TQ424.1 [文獻標識碼]A

引言

中國是一個農業大國，秸稈資源特別豐富，由此帶來的秸稈污染問題也特別嚴重。隨著工業上活性炭用量的逐漸增大，運用秸稈制得活性炭成為秸稈利用的主要研究方向。活性炭作為一種具有顯著吸附性能、巨大比表面積、發達空隙結構和穩定的化學性質的吸附材料廣泛應用于污廢水處理。但直接采用秸稈制得的活性炭作為吸附劑處理印染廢水的吸附效果并不明顯。據資料顯示，采用先活化后炭化的方法制得的生物質活性炭可以提高活性炭的吸附效果。因此，本實驗通過對秸稈進行改性，制備出秸稈生物質活性炭，并考察了其對亞甲基藍染料廢水的吸附效果的影響。

1 實驗儀器與試劑

（1）原料：農業秸稈

（2）主要儀器：FA2104型電子天平、UV1901PC型紫外可見分光光度計、S2.5-12型箱式電阻爐、PHS-3E型pH計、101-2A型電熱鼓風干燥箱、SHA—C型水浴恒溫振蕩器、粉碎機。

（3）試劑：氯化鋅固體、結晶硫酸鎂（分析純）、亞甲基藍。

2 實驗方法

2.1 吸附劑制備工藝

本實驗采用先活化后炭化的方法制備生物質活性炭。將活化劑與農業秸稈按照料液比為1：3.3的比例混合，浸漬3h使其混合均勻。取其混合后樣品放入400℃的馬弗爐內進行炭化45min，待冷卻后取出樣品，得到吸附劑。用30mg/l的亞甲基藍溶液模擬印染廢水。

2.2 吸附效果的測定

用分光光度計測得生物質活性炭吸附后的亞甲基藍溶液的濃度。不同濃度處理后的模擬的印染廢水具有不同的吸光度。根據所測吸光度從標準曲線上查得廢水中亞甲基藍的含量，并計算其吸附效率。

3 實驗結果分析

3.1 活化劑的選擇

分別用0.2mol/l的氯化鋅溶液、結晶硫酸鎂溶液作為活化劑和沒有活化的秸稈粉末，在炭化溫度為400℃，活化時間為3h，浸漬比為1：3.3，pH為9的條件下制得吸附劑。通過對比吸附效果得到最佳吸附劑。氯化鋅作為活化劑時的吸附率為97.65%，結晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑時的吸附率為98.68%，無活化劑制得的活性炭吸附率為83.65%。由數據可得結晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑時所制得的改性后的活性炭的吸附效果最好。

3.2 料液比對吸附效果的影響

在0.2mol/l的結晶硫酸鎂（分析純）溶液為活化劑，炭化溫度為400℃，活化時間為3h，pH=9的條件下制得吸附劑。通過對比吸附效果，來確定最佳的原料配比。實驗結果如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著原料中的秸稈比例增大，吸附率先增大后減小。在配比1：3.3之前，吸附效率隨秸稈比例增大而增大，在1：3.3時吸附率達到最大值98.68%。在1：3.3之后，吸附效率隨秸稈比例增加而減小。其主要原因是料液比增加含碳量也隨之增大，在高溫條件下促進孔隙的形成，但超過一定范圍，吸附效果下降。因此，料液比確定為1：3.3。

3.3 活化時間對印染廢水吸附效果的影響

在0.2mol/l的結晶硫酸鎂（分析純）溶液為活化劑，料液比為1：3.3，炭化溫度為400℃，pH=9的條件下制得吸附劑。通過對比吸附效果，來確定最佳活化時間。實驗結果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著活化時間的增大，對印染廢水吸附率先增大后減小。在活化時間達到3h時，吸附率達到一個最大值94.65%。其主要原因是活化時間越長，生物炭的比表面積越大，表面平整度越低，孔道數量越多，吸附性能越好，但時間越長，會將活性炭燒成灰，漂浮在廢水上方，達不到那么高的吸附率。

3.4 炭化溫度對吸附效果的影響

在0.2mol/l的結晶硫酸鎂（分析純）溶液為活化劑，料液比為1：3.3，pH=9，活化時間為3h的條件下制得吸附劑。通過對比吸附效果，來確定最佳的炭化溫度。實驗效果如圖3所示。

由圖3可得，隨著炭化溫度的增加，吸附率在不斷上升，當炭化溫度為400℃時，吸附效果是最好的。之后隨著溫度的升高，吸附效果逐漸下降。其主要原因是隨著溫度的升高，活性炭的空隙逐漸擴大，當炭化溫度為400℃時孔隙半徑達到最大，吸附效果最好。

4 結論

通過大量的實驗數據和計算得出，用0.2mol/l的結晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑，料液比為1：3.3，活化時間為3h，炭化溫度為400℃時制得的吸附劑的吸附效果最好，吸附率達到98.68%。

（1）以結晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑制得的生物質活性炭比沒有改性的秸稈直接炭燒制得的活性炭的吸附效果好。

（2）通過對秸稈制備生物質活性炭有效地解決了農業秸稈資源的利用問題。

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