生物質(zhì)棉稈制備活性炭的試驗(yàn)研究

秦翠蘭 王磊元 趙群喜 李風(fēng)娟

(新疆理工學(xué)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(kù)如力村農(nóng)田，自然風(fēng)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(chǎn)。

1.2 方法

稱(chēng)取一定數(shù)量的干燥原料放入燒杯中，按照正交試驗(yàn)條件進(jìn)行配制浸泡。充分?jǐn)嚢杞莺髮⒃弦浦链邵釄澹w上蓋子，放入馬弗爐內(nèi)完成炭化和活化過(guò)程[3]。再將樣品轉(zhuǎn)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(fù)清洗，直至中性，在105 ℃條件下烘干，并粉碎至所需目數(shù)[4]。計(jì)算活性炭的產(chǎn)率。

1.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探討ZnCl2濃度、浸泡時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等多個(gè)試驗(yàn)條件對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物活性炭性能的共同影響，進(jìn)行正交試驗(yàn)。對(duì)以上因素選取4個(gè)水平，用L16(45)正交表安排試驗(yàn)，見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2分析得出的結(jié)論，活性炭產(chǎn)率的較優(yōu)水平：A1B4C1D1，說(shuō)明在活化劑ZnCl2濃度20%、浸泡時(shí)間28 h、反應(yīng)溫度300 ℃、反應(yīng)時(shí)間20 min的條件下，該試驗(yàn)條件即為棉稈活性炭生產(chǎn)產(chǎn)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(yàn)方案與結(jié)果

2.2 指標(biāo)和參數(shù)之間的關(guān)系

圖1 各因素水平對(duì)活性炭產(chǎn)率的影響

從上圖中可以看出，因子ZnCl2濃度的實(shí)際水平為橫坐標(biāo)，活性炭產(chǎn)率為縱坐標(biāo)，ZnCl2濃度影響活性炭產(chǎn)率極差為7.1；因子浸泡時(shí)間的實(shí)際水平為橫坐標(biāo)，活性炭產(chǎn)率為縱坐標(biāo)，浸泡時(shí)間影響活性炭產(chǎn)率極差為2.7；因子反應(yīng)溫度的實(shí)際水平為橫坐標(biāo)，活性炭產(chǎn)率為縱坐標(biāo)，反應(yīng)溫度影響活性炭產(chǎn)率極差為33.1；因子反應(yīng)時(shí)間的實(shí)際水平為橫坐標(biāo)，活性炭產(chǎn)率為縱坐標(biāo)，反應(yīng)時(shí)間影響活性炭產(chǎn)率極差為14。由此說(shuō)明反應(yīng)溫度對(duì)活性炭產(chǎn)率影響最大，反應(yīng)時(shí)間的影響第二，ZnCl2濃度的影響第三，浸泡時(shí)間的影響最小。

2.3 活性炭產(chǎn)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(jiàn)FC>9.28，這表明反應(yīng)溫度對(duì)活性炭產(chǎn)率有顯著影響；又FA<9.28，F(xiàn)B<9.28，F(xiàn)D<9.28，表明ZnCl2濃度、浸泡時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間對(duì)活性炭產(chǎn)率無(wú)顯著影響。

表3 方差分析表

3 結(jié)論與討論

活性炭產(chǎn)率的較優(yōu)水平：A1B4C1D1，說(shuō)明在活化劑ZnCl2濃度20%、浸泡時(shí)間28 h、反應(yīng)溫度300 ℃、反應(yīng)時(shí)間20 min的條件下，活性炭產(chǎn)率達(dá)到62%。該試驗(yàn)條件即為棉稈活性炭生產(chǎn)產(chǎn)率的最佳條件。影響活性炭產(chǎn)率主次因素為：反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間>ZnCl2濃度>浸泡時(shí)間；通過(guò)方差分析表表明反應(yīng)溫度對(duì)活性炭產(chǎn)率有顯著影響。以棉稈為原料制備活性炭，不僅開(kāi)辟了活性炭原料的新途徑，而且解決了農(nóng)業(yè)廢棄物減量化、資源化的問(wèn)題，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。