以稻壳为原料制备白炭黑和活性炭
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第３０卷第３期 ２ ０ １ １年５月
大连工业大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｌｉａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ＶｏＩ．３０ ＮＯ．３ Ｍａｙ．２ ０ １ Ｉ
文章编号：１６７４—１４０４（２０１１）０３—０１９５—０４
以稻壳为原料制备白炭黑和活性炭
马红超， 杨 君， 董晓丽 ， 马 春
如图6所示延长碳化稻壳的碱溶处理时间有利于白炭黑产率的提高但超过4h白炭黑的产率变化不大因此碱溶时间以4h图5naoh浓度对白炭黑产率影响fig5theinfluenceofconcentrationofsodiumhydroxideoiltheyieldofsilica碱溶时间对白炭黑产率的影响fig6theinfluenceofalkalidissolvingtimeoiltheyieldofsilica24活性炭初产品的活化经碳化一碱溶工艺获得的活性炭初产品亚甲基蓝吸附值较低仅为68mlg左右
稻壳，大连亿和粮食加工有限公司；氢氧化 钠、９８％硫酸、３６％＂－３８％盐酸，均为分析纯；亚甲 基蓝；蒸馏水。 １．３实验方法
稻壳经过除杂、水洗后经１０％Ｈ：ＳＯ。溶液 浸泡２ ｈ，水洗至中性于１００℃下干燥。干燥后的 稻壳置入马弗炉隔绝空气下碳化。将碳化稻壳与 一定浓度的Ｎａ（）Ｈ溶液加热回流一定时间，然后 过滤。滤液采用ＨＣＩ溶液调节体系的ｐＨ为 ８－－－，９，使体系中出现白色胶状沉淀，经过滤、水洗 和干燥，得到白炭黑产品。滤渣水洗至中性，干燥 即为活性炭初产品，将活性炭初产品高温活化制 得活性炭。 １．４产物性能
９５％；制得的活性炭的亚甲基蓝吸附值可达２４０ ｍＬ／ｇ。并对产品性能作了分析，表明采用炭化稻壳为
原料牛产的活性炭、白炭黑质量达到了相应的国家标准。本方法为稻壳的再利用提供了一条有效途径。
关键词：稻壳；碳化；碱溶；白炭黑
中图分类号：ＴＱｌ２７．２
文献标志码：Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｒｏｍ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ
１ 实验
１．１实验原理及流程 １．１．１ 实验原理
ＮａｚＳｉ０３＋Ｈ２Ｓ０４一Ｎａ２Ｓ０４＋Ｈ２Ｓｉ０３ １＂／Ｈ２Ｓｉ０３·Ｓｉ０２·Ｔ／Ｈ２０
收稿日期：２０１０－０９—０２． 作者简介：马红超（１９７５－）．男，教授．Ｅ—ｍａｉｌ：ｍ－ｈ—ｃ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ．
万方数据
１９６
大 连工业 大 学学 报
永、 静 ｛Ｌ 哦 聪 皿
∞∞∞加∞∞加∞∞
图４ 炭化时间对活性炭产率与亚甲基蓝吸附
能力的影响
Ｆｉｇ．４
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ
ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ
ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ
目前，国内外对稻壳的利用主要分两类：一类 是利用其富含二氧化硅的特性【３］，采用燃烧或离 解法制备高质量的白炭黑¨印；另一类是利用其中
的纤维素、半纤维素与木质素等［７‘８］，生产活性炭、 药用糠馏油、再生纤维素膜、纤维素交换剂与木糖 醇等化工品【９’１引。
本文以稻壳为原料。通过碳化一碱溶工艺制取 白炭黑与活性炭，探讨了各工艺参数对产品性能 的影响。此方法具有工艺简单，能够获得高品质 的二氧化硅与活性炭，为稻壳的综合利用提供了 有效的途径。
冰、 褥 证 畦 聪 ．皿
∞％∞的∞两加弱∞
零、 魁 ．丑 哦 粼 皿
坩％∞晒∞乃加晒∞
图１ 炭化温度对自炭黑产率与白度的影响
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
图２炭化温度对活性炭产率与亚甲基蓝吸
参考文献：
＾Ｔ暑．，Ｉｇ），增莲登栏瑚｝目
８，℃
图７ 活化温度对活性炭亚甲基蓝吸附能力
的影响
Ｆｉｇ．７
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ
醭
雠
ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
粼
糕
皿
皿
图３炭化时间对白炭黑产率与白度的影响
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
２．４活性炭初产品的活化 经碳化一碱溶工艺获得的活性炭初产品亚甲
基蓝吸附值较低，仅为６８ ｍＬ／ｇ左右。然而不同 用途活性炭的国标都要求亚甲基蓝吸附值不低于 ７０ ｍＬ／ｇ。显然，活性炭初产品还需进一步活化 以提高亚甲基蓝吸附值。将活性炭与活化剂氢氧 化钠湿拌烘干后在马弗炉中进行高温活化，结果 见图７。图７显示，高温活化使活性炭的亚甲基 蓝吸附值升高，达到２５０ ｍＬ／ｇ。其机理可能是： 活化剂充分溶入炭的内层结构，腐蚀炭的表面，增 大比表面积；同时活化剂本身发生分解，与炭表面 发生反应。通过提高温度进一步烧蚀无序炭，使 微孔进一步扩张，提高了活性炭吸附值。 ２．５ 自炭黑ＸＲＤ分析
图８和表１分别为白炭黑产品的Ｘ射线衍 射谱图与理化性质。可以看出产品只在２８为２８。
万方数据
１９８
大连 工业 大 学 学报
第３０卷
左右出现一弥散峰，这表明所得产品为非晶的无 定型活性二氧化硅，且不含其他物相。而产品的 各项理化指标均达到国标标准。
数。得到了稻壳制白炭黑和活性炭的最佳工艺条 件：马弗炉６００℃隔绝空气焙烧３０ ｍｉｎ；２．５ ｍｏｌ／Ｌ 的氢氧化钠溶液碱溶４ ｈ。该方法可等到具有较 高品质的白炭黑与活性炭产品，使稻壳变废为宝， 且成本低、能耗低、技术简单、设备精度要求低、污 染小、经济可行。所得产品性能符合或优于国家 标准的各项指标。
第３０卷
稻壳一一一一一节。兰二：＝＝一鳜黑
１．２实验仪器及试剂 １．２．１ 实验仪器
ＭＹＢ型电子调温电热套，天津市中环实验电 炉有限公司；７８ＨＷ－Ｉ型恒温磁力搅拌器，金坛市 医疗仪器厂；循环水式真空泵，巩义市英峪予华仪 器厂；马弗炉，上海金沪电热仪器联营厂；全自动白 度计ＷＳＤ－３Ｃ；７２１分光光度计，上海双赢科学仪器 有限公司；水浴恒温振荡器，金坛晶玻实验仪器厂。 １．２．２ 实验试荆
附能力的影响
Ｆｉｇ．２
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ
第３期
马红超等：以稻壳为原料制备白炭黑和活性炭
１９７
ＭＡ Ｈｏｎｇ－ｃｈａｏ， ＹＡＮＧ Ｊｕｎ．ＤＯＮＧ Ｘｉａｏ－Ｉｉ， ＭＡ Ｃｈｕｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｄａｌｉａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０３４。Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ—ａｌｋａｌｉ ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ ａｓ ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ ｄｉｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ６００℃ａｎｄ ３０ ｒａｉｎ， ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ａｌｋａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉＳ ４ ｈ．ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｉＳ ２．５ ｍｏｌ／Ｌ．Ｔｈｅ ｓｉｌｉｃａ ｄｉｏｘｉｄｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ ｗａｓ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ．Ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ，ｐｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ａｒｅ ９０％，９３． ５％ａｎｄ ９５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｓ ２４０ ｍＬ／ｇ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｗａｙ ｔｏ ｒｅｕｓｅ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ；ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ａｌｋａｌｉｎｅ ｄｉｓｓｏｌｖｅ；ｓｉｌｉｃａ
０引 言
稻壳约占稻谷质量的２０％，是稻谷加工的副 产品。我国的稻壳资源十分丰富，每年稻壳产量 已超过３ ０００万ｔ，稻壳不易吸水，直接施放到田 间作肥料又不易腐烂。现阶段大部分被作为废弃 物或低级燃料使用，生成的稻壳灰少量用作土壤 肥料，大部分成为污染物［１ ２。，利用率较低。稻壳 的化学组成主要是粗纤维、木质素、多缩戊糖、粗 蛋白及二氧化硅，稻壳完全燃烧后，其所含碳元素 将以二氧化碳形式释放，其灰分以ＳｉＯｚ为主 （９０％以上）。
２．３碱溶条件对白炭黑产率的影响 碱溶条件对活性炭性能影响有限，主要影响
稻壳中二氧化硅的提取。碱溶液浓度对白炭黑提 取率的影响如图５所示。图５显示白炭黑提取率 随碱浓度的增加而增加，白炭黑的提取率在 Ｎａ０Ｈ浓度超过２．５ ｍｏｌ／Ｌ时变化不大，而且碱 度过高不利于后续ｐＨ的调节，所以ＮａＯＨ的适
图６碱溶时间对白炭黑产率的影响
２结果与讨论
２．Ｉ炭化温度对白炭黑和活性炭产率与性质的 影响
碳化温度对白炭黑和活性炭产率及性质的影 响如图１、２所示（炭化３０ ｒａｉｎ、采用２．５ ｍｏｌ／Ｌ氢 氧化钠溶液碱溶４ ｈ）。由图１、２可知，白炭黑的
万方数据
产率与白度均随着炭化温度的升高而提高。而活 性炭产率则随着温度的升高而明显下降，其对亚 甲基蓝的吸附值随碳化温度的升高略有增加。这 是由于提高炭化温度，稻壳燃烧剧烈，有机物高温 得到充分分解，不但有利于白炭黑产率与白度的 提高，也有利于提高活性炭空隙度；但炭化温度过 高，因其分解严重，活性炭的产量下降，同时炭化 温度过高二氧化硅的多孔结构遭到破坏，导致无 定形二氧化硅向晶体型二氧化硅转变，而结晶态 的二氧化硅在限定条件下很难被碱溶液分解，所 以二氧化硅的产率反而降低。图１为不同焙烧温 度下所得二氧化硅的产率，可证明上述推断。综 上所述，稻壳炭化温度在６００℃较为适宜。
宜浓度为２．５ ｍｏｌ／Ｌ。图６为碱溶时间对白炭黑 产率的影响。如图６所示，延长碳化稻壳的碱溶处 理时间，有利于白炭黑产率的提高，但超过４ ｈ，白 炭黑的产率变化不大，因此碱溶时间以４ ｈ为宜。
泳、 铬 钆 碟 粼 ｍ
∞鲇∞晒∞两加∞
零、
零 、
图５ ＮａＯＨ浓度对白炭黑产率影响
锝 ｛Ｌ
魁 皿
Ｆｉｇ．５
（大连工业大学化工与材科学院，辽宁大连 ｉ１６０３４）
摘要：以农业副产物稻壳为原料。采用碳化一碱的影响。稻壳经水洗、酸浸预处理后于６００℃炭化３０ ｒａｉｎ。采用２．５ ｍｏｌ／Ｉ。的氢氧化钠溶液碱溶
４ ｈ。结果显示获得的白炭黑为无定型二氧化硅，无杂相。其产率、纯度和白度分别达到９０％、９３．５％和
２．２炭化时问对自炭黑和活性炭产率与性质的 影响 图３、４为炭化时间对二氧化硅和活性炭产率
与性质的影响（炭化温度６００℃、采用２．５ ｍｏｌ／Ｌ 氢氧化钠溶液碱溶４ ｈ）。由图３、４中看出，随着 炭化时间延长，有机物进一步分解，碳化稻壳中二 氧化硅的溶出率随之增大，白度也明显提高；当碳 化时间高于３０ ｒａｉｎ时，白炭黑的产率与白度趋于 稳定。但碳化时间过长稻壳灰分解严重，也会导致 活性炭的产量下降，且对活性炭的吸附性能影响不 大。综上所述，稻壳炭化时间在３０ ｍｉｎ为适宜。
白炭黑（ＧＢ １０５１７－－１９８９）和活性炭（ＧＢ／Ｔ １２４９６．１０一１９９９）的性能均采用国标法测定。白 炭黑产率为制得的白炭黑产品的质量与理论白炭 黑产量（稻壳在８００℃马弗炉中充分燃烧后剩余 物质量）的百分比；活性炭产率为制得的活性炭的 质量与稻壳质量的百分比。样品物相分析，用日 本Ｄ／Ｍａｘ－Ａ型Ｘ射线衍射仪（Ｘ ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃ－ ｔｉｏｎ，ＸＲＤ），Ｃｕ Ｋａｌ射线波长Ａ－－－－－０．１５４ ０ ｎｍ，Ｎｉ 滤光片，管压４０ ｋＶ，管电流５０ ｍＡ。
大连工业大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｌｉａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ＶｏＩ．３０ ＮＯ．３ Ｍａｙ．２ ０ １ Ｉ
文章编号：１６７４—１４０４（２０１１）０３—０１９５—０４
以稻壳为原料制备白炭黑和活性炭
马红超， 杨 君， 董晓丽 ， 马 春
如图6所示延长碳化稻壳的碱溶处理时间有利于白炭黑产率的提高但超过4h白炭黑的产率变化不大因此碱溶时间以4h图5naoh浓度对白炭黑产率影响fig5theinfluenceofconcentrationofsodiumhydroxideoiltheyieldofsilica碱溶时间对白炭黑产率的影响fig6theinfluenceofalkalidissolvingtimeoiltheyieldofsilica24活性炭初产品的活化经碳化一碱溶工艺获得的活性炭初产品亚甲基蓝吸附值较低仅为68mlg左右
稻壳，大连亿和粮食加工有限公司；氢氧化 钠、９８％硫酸、３６％＂－３８％盐酸，均为分析纯；亚甲 基蓝；蒸馏水。 １．３实验方法
稻壳经过除杂、水洗后经１０％Ｈ：ＳＯ。溶液 浸泡２ ｈ，水洗至中性于１００℃下干燥。干燥后的 稻壳置入马弗炉隔绝空气下碳化。将碳化稻壳与 一定浓度的Ｎａ（）Ｈ溶液加热回流一定时间，然后 过滤。滤液采用ＨＣＩ溶液调节体系的ｐＨ为 ８－－－，９，使体系中出现白色胶状沉淀，经过滤、水洗 和干燥，得到白炭黑产品。滤渣水洗至中性，干燥 即为活性炭初产品，将活性炭初产品高温活化制 得活性炭。 １．４产物性能
９５％；制得的活性炭的亚甲基蓝吸附值可达２４０ ｍＬ／ｇ。并对产品性能作了分析，表明采用炭化稻壳为
原料牛产的活性炭、白炭黑质量达到了相应的国家标准。本方法为稻壳的再利用提供了一条有效途径。
关键词：稻壳；碳化；碱溶；白炭黑
中图分类号：ＴＱｌ２７．２
文献标志码：Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｒｏｍ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ
１ 实验
１．１实验原理及流程 １．１．１ 实验原理
ＮａｚＳｉ０３＋Ｈ２Ｓ０４一Ｎａ２Ｓ０４＋Ｈ２Ｓｉ０３ １＂／Ｈ２Ｓｉ０３·Ｓｉ０２·Ｔ／Ｈ２０
收稿日期：２０１０－０９—０２． 作者简介：马红超（１９７５－）．男，教授．Ｅ—ｍａｉｌ：ｍ－ｈ—ｃ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ．
万方数据
１９６
大 连工业 大 学学 报
永、 静 ｛Ｌ 哦 聪 皿
∞∞∞加∞∞加∞∞
图４ 炭化时间对活性炭产率与亚甲基蓝吸附
能力的影响
Ｆｉｇ．４
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ
ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ
ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ
目前，国内外对稻壳的利用主要分两类：一类 是利用其富含二氧化硅的特性【３］，采用燃烧或离 解法制备高质量的白炭黑¨印；另一类是利用其中
的纤维素、半纤维素与木质素等［７‘８］，生产活性炭、 药用糠馏油、再生纤维素膜、纤维素交换剂与木糖 醇等化工品【９’１引。
本文以稻壳为原料。通过碳化一碱溶工艺制取 白炭黑与活性炭，探讨了各工艺参数对产品性能 的影响。此方法具有工艺简单，能够获得高品质 的二氧化硅与活性炭，为稻壳的综合利用提供了 有效的途径。
冰、 褥 证 畦 聪 ．皿
∞％∞的∞两加弱∞
零、 魁 ．丑 哦 粼 皿
坩％∞晒∞乃加晒∞
图１ 炭化温度对自炭黑产率与白度的影响
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
图２炭化温度对活性炭产率与亚甲基蓝吸
参考文献：
＾Ｔ暑．，Ｉｇ），增莲登栏瑚｝目
８，℃
图７ 活化温度对活性炭亚甲基蓝吸附能力
的影响
Ｆｉｇ．７
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ
醭
雠
ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
粼
糕
皿
皿
图３炭化时间对白炭黑产率与白度的影响
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ
２．４活性炭初产品的活化 经碳化一碱溶工艺获得的活性炭初产品亚甲
基蓝吸附值较低，仅为６８ ｍＬ／ｇ左右。然而不同 用途活性炭的国标都要求亚甲基蓝吸附值不低于 ７０ ｍＬ／ｇ。显然，活性炭初产品还需进一步活化 以提高亚甲基蓝吸附值。将活性炭与活化剂氢氧 化钠湿拌烘干后在马弗炉中进行高温活化，结果 见图７。图７显示，高温活化使活性炭的亚甲基 蓝吸附值升高，达到２５０ ｍＬ／ｇ。其机理可能是： 活化剂充分溶入炭的内层结构，腐蚀炭的表面，增 大比表面积；同时活化剂本身发生分解，与炭表面 发生反应。通过提高温度进一步烧蚀无序炭，使 微孔进一步扩张，提高了活性炭吸附值。 ２．５ 自炭黑ＸＲＤ分析
图８和表１分别为白炭黑产品的Ｘ射线衍 射谱图与理化性质。可以看出产品只在２８为２８。
万方数据
１９８
大连 工业 大 学 学报
第３０卷
左右出现一弥散峰，这表明所得产品为非晶的无 定型活性二氧化硅，且不含其他物相。而产品的 各项理化指标均达到国标标准。
数。得到了稻壳制白炭黑和活性炭的最佳工艺条 件：马弗炉６００℃隔绝空气焙烧３０ ｍｉｎ；２．５ ｍｏｌ／Ｌ 的氢氧化钠溶液碱溶４ ｈ。该方法可等到具有较 高品质的白炭黑与活性炭产品，使稻壳变废为宝， 且成本低、能耗低、技术简单、设备精度要求低、污 染小、经济可行。所得产品性能符合或优于国家 标准的各项指标。
第３０卷
稻壳一一一一一节。兰二：＝＝一鳜黑
１．２实验仪器及试剂 １．２．１ 实验仪器
ＭＹＢ型电子调温电热套，天津市中环实验电 炉有限公司；７８ＨＷ－Ｉ型恒温磁力搅拌器，金坛市 医疗仪器厂；循环水式真空泵，巩义市英峪予华仪 器厂；马弗炉，上海金沪电热仪器联营厂；全自动白 度计ＷＳＤ－３Ｃ；７２１分光光度计，上海双赢科学仪器 有限公司；水浴恒温振荡器，金坛晶玻实验仪器厂。 １．２．２ 实验试荆
附能力的影响
Ｆｉｇ．２
Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ
第３期
马红超等：以稻壳为原料制备白炭黑和活性炭
１９７
ＭＡ Ｈｏｎｇ－ｃｈａｏ， ＹＡＮＧ Ｊｕｎ．ＤＯＮＧ Ｘｉａｏ－Ｉｉ， ＭＡ Ｃｈｕｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｄａｌｉａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０３４。Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ—ａｌｋａｌｉ ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ ａｓ ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ ｄｉｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ６００℃ａｎｄ ３０ ｒａｉｎ， ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ａｌｋａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉＳ ４ ｈ．ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｉＳ ２．５ ｍｏｌ／Ｌ．Ｔｈｅ ｓｉｌｉｃａ ｄｉｏｘｉｄｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ ｗａｓ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ．Ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ，ｐｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ａｒｅ ９０％，９３． ５％ａｎｄ ９５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｓ ２４０ ｍＬ／ｇ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｗａｙ ｔｏ ｒｅｕｓｅ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ；ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ａｌｋａｌｉｎｅ ｄｉｓｓｏｌｖｅ；ｓｉｌｉｃａ
０引 言
稻壳约占稻谷质量的２０％，是稻谷加工的副 产品。我国的稻壳资源十分丰富，每年稻壳产量 已超过３ ０００万ｔ，稻壳不易吸水，直接施放到田 间作肥料又不易腐烂。现阶段大部分被作为废弃 物或低级燃料使用，生成的稻壳灰少量用作土壤 肥料，大部分成为污染物［１ ２。，利用率较低。稻壳 的化学组成主要是粗纤维、木质素、多缩戊糖、粗 蛋白及二氧化硅，稻壳完全燃烧后，其所含碳元素 将以二氧化碳形式释放，其灰分以ＳｉＯｚ为主 （９０％以上）。
２．３碱溶条件对白炭黑产率的影响 碱溶条件对活性炭性能影响有限，主要影响
稻壳中二氧化硅的提取。碱溶液浓度对白炭黑提 取率的影响如图５所示。图５显示白炭黑提取率 随碱浓度的增加而增加，白炭黑的提取率在 Ｎａ０Ｈ浓度超过２．５ ｍｏｌ／Ｌ时变化不大，而且碱 度过高不利于后续ｐＨ的调节，所以ＮａＯＨ的适
图６碱溶时间对白炭黑产率的影响
２结果与讨论
２．Ｉ炭化温度对白炭黑和活性炭产率与性质的 影响
碳化温度对白炭黑和活性炭产率及性质的影 响如图１、２所示（炭化３０ ｒａｉｎ、采用２．５ ｍｏｌ／Ｌ氢 氧化钠溶液碱溶４ ｈ）。由图１、２可知，白炭黑的
万方数据
产率与白度均随着炭化温度的升高而提高。而活 性炭产率则随着温度的升高而明显下降，其对亚 甲基蓝的吸附值随碳化温度的升高略有增加。这 是由于提高炭化温度，稻壳燃烧剧烈，有机物高温 得到充分分解，不但有利于白炭黑产率与白度的 提高，也有利于提高活性炭空隙度；但炭化温度过 高，因其分解严重，活性炭的产量下降，同时炭化 温度过高二氧化硅的多孔结构遭到破坏，导致无 定形二氧化硅向晶体型二氧化硅转变，而结晶态 的二氧化硅在限定条件下很难被碱溶液分解，所 以二氧化硅的产率反而降低。图１为不同焙烧温 度下所得二氧化硅的产率，可证明上述推断。综 上所述，稻壳炭化温度在６００℃较为适宜。
宜浓度为２．５ ｍｏｌ／Ｌ。图６为碱溶时间对白炭黑 产率的影响。如图６所示，延长碳化稻壳的碱溶处 理时间，有利于白炭黑产率的提高，但超过４ ｈ，白 炭黑的产率变化不大，因此碱溶时间以４ ｈ为宜。
泳、 铬 钆 碟 粼 ｍ
∞鲇∞晒∞两加∞
零、
零 、
图５ ＮａＯＨ浓度对白炭黑产率影响
锝 ｛Ｌ
魁 皿
Ｆｉｇ．５
（大连工业大学化工与材科学院，辽宁大连 ｉ１６０３４）
摘要：以农业副产物稻壳为原料。采用碳化一碱的影响。稻壳经水洗、酸浸预处理后于６００℃炭化３０ ｒａｉｎ。采用２．５ ｍｏｌ／Ｉ。的氢氧化钠溶液碱溶
４ ｈ。结果显示获得的白炭黑为无定型二氧化硅，无杂相。其产率、纯度和白度分别达到９０％、９３．５％和
２．２炭化时问对自炭黑和活性炭产率与性质的 影响 图３、４为炭化时间对二氧化硅和活性炭产率
与性质的影响（炭化温度６００℃、采用２．５ ｍｏｌ／Ｌ 氢氧化钠溶液碱溶４ ｈ）。由图３、４中看出，随着 炭化时间延长，有机物进一步分解，碳化稻壳中二 氧化硅的溶出率随之增大，白度也明显提高；当碳 化时间高于３０ ｒａｉｎ时，白炭黑的产率与白度趋于 稳定。但碳化时间过长稻壳灰分解严重，也会导致 活性炭的产量下降，且对活性炭的吸附性能影响不 大。综上所述，稻壳炭化时间在３０ ｍｉｎ为适宜。
白炭黑（ＧＢ １０５１７－－１９８９）和活性炭（ＧＢ／Ｔ １２４９６．１０一１９９９）的性能均采用国标法测定。白 炭黑产率为制得的白炭黑产品的质量与理论白炭 黑产量（稻壳在８００℃马弗炉中充分燃烧后剩余 物质量）的百分比；活性炭产率为制得的活性炭的 质量与稻壳质量的百分比。样品物相分析，用日 本Ｄ／Ｍａｘ－Ａ型Ｘ射线衍射仪（Ｘ ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃ－ ｔｉｏｎ，ＸＲＤ），Ｃｕ Ｋａｌ射线波长Ａ－－－－－０．１５４ ０ ｎｍ，Ｎｉ 滤光片，管压４０ ｋＶ，管电流５０ ｍＡ。