秸稈炭吸附甲醛的開發利用

摘要：論述了活性炭和秸稈碳的特點，分析了改性秸稈碳替代活性炭作為新型脫附劑的可能性，研究了秸稈炭和硝化改性秸稈炭吸附甲醛的優化條件，測定出秸稈炭和硝化改性秸稈碳對甲醛的的飽和吸附量qe分別為0.30mg/g和0.71mg/g，說明改性秸稈炭可用于吸附有害氣體甲醛。

關鍵詞：秸稈炭；吸附；甲醛

1引言

甲醛是人居環境中常見的一種有害氣體，對人體呼吸道黏膜和皮膚有強烈的刺激作用，長期接觸低劑量甲醛會引起慢性呼吸道疾病，記憶力下降，染色體異常，免疫力異常等。常用于處理室內甲醛的辦法有植物吸收、活性炭吸附和光催化降解等。

活性炭是處理甲醛首選的吸附劑，具有很大比表面積、且吸附速度快、易脫附等優點，但是其造價大，成本大，且由于其多以木材、木炭、木屑、果核為原料而受到法律限制。

近年來秸稈氣化作為產生能源的一項技術，逐漸走進人們的視野。它是將秸稈在1200℃下干餾氣化，所得氣體用于代替天然氣，其干餾固化物稱為秸稈炭。秸稈氣化既能使農業廢棄物變為新能源，又可保護環境，使政府多年倡導的秸稈炭焚燒得以落實。秸稈炭來源類似于活性炭，即可能具備活性炭的特點。由秸稈炭SEM圖知其表面極不規則，有許多由于空腔塌陷而形成的微孔，比表面積大，有助于提高其吸附性能。由于秸稈炭干餾溫度太高，其孔徑在干餾的過程中不斷擴大，導致孔道塌陷，被吸附物不易進入空隙位置，這對秸稈炭的吸附性能會帶來不利影響。秸稈炭眾多的邊緣不飽和碳原子和結構缺陷也賦予其極強的反應性，因此秸稈炭的表面微結構有極強的可塑性，利用表面化學改性來改變其表面酸、堿性、引入或除去某些表面官能團，可得到性能不同的吸附料。另由秸稈炭紅外譜圖知其表面有-OH、-CO2-和–COOH等基團，且氧化后的秸稈炭羰基明顯增多，經過改性后引入含氧基團-NO2等多氧基團，獲得酸性表面，具有親水性，增加對極性物質的吸附性[1]-[5]。

我們選用高溫1200℃下秸稈氣化固化物—秸稈炭，對其進行硝化改性。對秸稈炭及改性產物進行吸附實驗，探尋活性炭的替代品。以期增加秸稈炭氣化的經濟效益，提高秸稈炭的綜合利用率，降低吸附劑成本，為秸稈炭開發利用開辟新的途徑。

2、實驗研究

2.1秸稈碳和硝化改性秸稈碳的吸附條件優化

用粉碎機將棒狀的秸稈炭原料磨成粉狀，混合均勻后過篩（100目）。在120℃下干燥4小時，裝入黑色袋密封備用。

取秸稈炭用1：1硝酸在加熱下浸泡4h后，抽濾，洗滌至中性，并在120℃下烘干，的硝化改性秸稈碳，裝入黑色袋備用。

分別取一定量的秸稈炭和改性秸稈炭加入到25.00mL 10.00mg/L甲醛溶液中，攪拌均勻后，放入恒溫振蕩器上振蕩一定時間。取出抽濾，測定吸光度，計算脫除率，通過脫除率的大小來評價秸稈炭和改性秸稈炭的吸附性能，分別討論時間、溫度、PH值三個單因素對秸稈炭和改性秸稈炭吸附甲醛的影響，結果表明，秸稈炭吸附甲醛的優化條件是pH=4-6，吸附溫度25℃，吸附時間1.5h；改性秸稈炭的吸附優化條件是pH=2-4，吸附溫度25℃，吸附時間1.5h。

2.2秸稈炭和改性秸稈炭的等溫吸附實驗

稱取5份2.5000g秸稈炭，配置2.5mg/L、5.0mg/L、7.5mg/L、10.0mg/L、12.5mg/L的甲醛標液，調節PH=6.將秸稈炭分別加入25.00ml各濃度標液中，在25℃下震蕩1.5小時，抽濾，移取10.00mL濾液按3.1.3顯色，測定吸光度，計算脫除率和吸附量，做濃度和脫除率曲線，且對1/c和1/qt進行線性擬合，計算飽和吸附量得qe=0.3mg/g。

稱取5份2.5000g改性秸稈炭，加入配置好的甲醛標液中，調節PH=4.在25℃下震蕩1.5小時，抽濾，移取10.00mL濾液按3.1.3顯色，測定吸光度，計算脫除率和吸附量，做濃度和脫除率曲線，且對1/c和1/qt進行擬合，計算飽和吸附量得qe=0.71mg/g。

3、結論

（1）秸稈炭的最優化吸附條件為：溫度25℃，pH值4-6，最佳吸附時間為1.5h。

（2）改性秸稈炭的最優化條件為：溫度25℃，pH值2-4，最佳吸附時間為1.5h。

（3）秸稈炭和改性秸稈炭的吸附符合Langmuir等溫吸附方程，飽和吸附量分別為qe=0.30mg/g，qe=0.71mg/g，硝化改性秸稈碳的飽和吸附量，高于市售活性炭。

（4）硝化改性秸稈碳可以代替活性炭用于甲醛的脫附。

參考文獻：

[1]楊駿，黃止而，玉定珠等.高比表面積活性炭的制備及表征[J].炭素技術，1994（6）：5-9.

[2]韓彬、周美華，榮達。稻草秸稈活性炭的制備及其表征[J].農業報，2009，28（4）：828-832.

[3]Steiner C. Microbial response to charcoal amendments of highlyweathered soil and Amazonian dark earths in central Amazonia：Preliminary results[A] .Amazonian Dark Earths：Explorations in Time and Space. Heidelberg： Springer， 2007，45：95-212 .

[4]C.Moreno-Castilla，M.V.Lopez-Ramon，E.Carrasco-Matin.Changes in surface chemistry of activated carbons by wet oxidation.Carbon，2000，38：1995-2001.

[5]黃偉， 賈艷秋， 孫盛凱. 活性炭及其改性研究進展[M]. 化學工業與工程技術， 2006-10， 27（5）： 39-43.

項目資助：國家級大學生創新訓練項目（201511080590）；（201611080009）。