竹炭材料的有效利用理论与应用研究进展

域的应用试验研究， 取得了一定的效果， 但并没有得 到广泛应用。根据竹炭的机能性开发出的产品已应 用于烧烤、 调节室内湿度、 洗浴、 净水、 化妆品、 床上 用品等多方面。比如： 煮饭时在饭锅里放入适量的 竹炭， 就可以烧出美味的饭； 沐浴时在浴缸之中放入 适量的竹炭， 在床垫里添加适量的颗粒炭， 洗发液中 添加粉状炭均可以使人的身体更加舒服等等。主要 应用国家是日本和韩国， 韩国主要用于烧烤食物。 浙江林业科学研究院的研究人员也在从事竹炭 方面的研究工作， 开发了列管外热式移动床干馏炭 ［!-］ 目前正在推广应用。浙江衢县的竹炭系 化炉等 ， 列产品开发项目被列入国家星火计划， 投资 ’*# 万 ［%#， %!］ 元， 迄今为止， 已开发出 "# 多种竹炭产品 。
随着天然林保护工程的实施， 国内木材产量锐 减， 国产木质原料已经不能满足国民经济快速发展 和人民生活水平提高的需要， 在这种背景下， 竹类资 源作为林业资源的重要组成部分， 其地位和作用将 日益突出。为此， 竹资源的有效利用研究就成为摆 在广大科技工作者面前的重要课题。竹炭作为新型 的环境保护材料和机能性材料， 对它的研究和开发 在短短几年的时间里逐渐兴起， 并迅速掀起热潮， 成 为竹资源研究开发领域的热点问题。
［!， "］ 亿根， 相当于利用 ! ### 万 N$ 木材 。
A
竹资源利用的简短回顾
@
中国竹资源的状况
中国是世界上竹资源最丰富的国家， 有竹子 $(
属， 近 F## 种， 约占世界竹种总数的 ! B $。中国现有 竹林面积 %"# 万 .N" ， 其中纯竹林 F"# 万 .N" ， 原始 高山竹丛 $## 万 .N" ， 纯竹林面积约为世界竹林总 面积的 ! B (。近年来以每年 !## 万 .N" 的速度递增。 目前我国年产大径竹材近 ( 亿根， 竹笋产量达 !H# 多万 :， 竹业总产值达到 "## 亿元， 其中加工产值已 达 !H# 亿元， 年出口创汇达 ( 亿多美元。中国的毛 竹蓄积量非常大， 占世界的九成以上， 年采伐 (
()
东
北
林
业
大
学
学
报
第 ,# 卷
向。 随着人们生活水平的提高和科学技术的进步， 竹子在传统利用的基础上其应用领域得到了进一步 的拓展。竹制品从单纯的竹材料到竹木复合材料， 从简单制品到复杂制品， 竹产品的质量和工艺已经 达到了相当高的水准， 竹产品和竹木复合产品的种 类变得多种多样， 竹材的化学加工利用也正在兴起， 而且愈来愈引起人们的重视。 竹笋是人们喜爱的传统森林蔬菜， 目前我国每 制成笋干约 !%# 万 $， 竹笋 年生产鲜竹笋约 !"# 万 $， ［(］ 罐头约 %# 万 & %’ 万 $ 。竹材的化学加工利用作 为竹材工业化利用的一部分也得到了迅猛的发展， 竹材制浆造纸已从古代的嫩竹制浆发展到老竹、 小 径竹制浆造纸， 从而避免了对竹林的严重破坏， 有利 于竹林的可持续发展。随着制浆造纸技术的进步， 目前利用竹材可以制造打字纸、 拷贝纸、 胶版纸、 书 写纸和新闻纸等。全国竹浆年产量达 )# 万 & (# 万 ［(， 。竹子中含有丰富的抽提物， 其中竹汁含有大 $ *］ 量的维生素、 氨基酸、 叶绿素及具有活化功能的锗、 硅和黄酮类等生物活性物质， 可制造食品、 饮料、 医 药保健品等， 目前开发成功并具有生产规模的产品 有鲜竹沥、 竹叶饮料、 竹酒等， 利用竹叶黄酮开发的 ［(］ 竹康宁胶囊已销往国外 。竹炭是竹材资源有效利 用的最佳途径， 是竹材工业化利用的一个发展方向， 而且， 将使全竹利用成为可能。关于全竹利用在浙 江新昌福大竹木有限公司已成为现实， 他们把竹材 加工剩余物收集、 粉碎， 然后通过专用设备挤压成 型， 并烧成竹炭， 作为烧烤用竹炭销往日本和韩国。 为此， 就竹材资源有效利用的发展方向— — —竹炭的 利用作以研究。
第)期
姜树海等： 竹炭材料的有效利用理论与应用研究进展
**
竹炭、 竹醋液及其制品在我国目前还没有市场， 主要原因是对竹炭机能性机理的研究目前才刚刚开 始， 现今开发的竹炭制品的特点没有充分的科学证 据， 加之对竹炭的宣传力度不够。我国是世界竹林 分布中心地， 竹材产量居世界第一， 开发竹炭产品具 有得天独厚的条件。因此， 在我国开展竹炭的理论 和应用研究不仅可以使人们从科学的角度来认识竹 炭， 了解竹炭， 而且必将具有广阔的应用前景。 关于竹炭的应用开发对策遵从以下 ! 条路线： 第一条线就是利用吸附机能进行环境污染物的 去除， 比如： 水资源的保全、 住宅环境的改善、 养殖生 物环境的改善、 农林业土壤的改良等。 第二条线就是利用半导体机能进行环境污染物的 分解， 比如： 与其它各种半导体进行复合形成复合半导 体材料， 进行水体中污染物的去除和水质改善等。 第三条线就是利用放射、 屏蔽电磁波机能进行 电磁波屏蔽和磁场机能的改善， 比如： 去除居住环境 中的有害电磁波。 就有可能实现 沿着上述 ! 条线深入研究下去， 生命环境的改善， 获得健康安全的食物和水， 从而实 现人类生存环境的彻底改善。 !"" 竹炭的理论研究 目前的竹炭领域处于商业先行而科学研究滞后 的状况。在这种形势下进行竹炭的理论研究就显得 尤为重要， 因为目前市贩的竹炭制品对其机能性均 没有充分、 科学的解释， 从而使人们对其制品的可信 度产生怀疑， 严重影响竹炭的销售和市场前景。 竹炭的理论研究主要是指竹炭的基本理论 （内 部组织结构、 比表面积、 细孔径、 细孔容积等） 和竹炭 的机能性机理。竹炭的机能性机理具体来说就是物 性机理 （吸附、 屏蔽电磁波， 发射远红外线， 电气特性 等） 和化学机理 （除去、 分解污染物的化学反应动力 学方程） 。在比表面积、 细孔径、 细孔容积和水体净 化、 电阻率方面已经取得了初步的研究成果。 关于竹炭机能性机理的研究方面， 张齐生院士 领导的研究小组对竹炭的比表面积、 饮用水净化机 ［##］ 结果表明， 竹炭的比 理进行了较为详细的研究 ， 表面积在 !$% &# ’ ( 左右， 与优质木炭的比表面积相 当； 竹炭对饮用水中的有机污染物—#， )—二氯苯酚 和有机磷的净化能力良好， 对某些农药中的有害物 质也表现出较好的去除能力， 为今后竹炭水质净化 产品的开发奠定了基础。日本的学者对竹炭的电气 ［#!， #)］ ， 通过测定烧成竹炭的电 特性进行了初步研究 阻率来判定竹炭的烧制温度， 并对竹炭的电阻率测 定方法进行了初步研究， 为竹炭的质量指标的检验
的上升很容易顺次分解， 并形成烟雾逸出， 这种烟和 木材热解的溜出液大有区别， 这种茶褐色的具有强
［"］ 烈烟臭味的溜出液称为竹醋液 。
关于竹炭的研究是几年前刚刚兴起的新的研究 领域。目前该领域处于商业先行而科学研究滞后的 状况。在我国和日本， 竹炭的生产和销售企业如雨 后春笋蓬勃兴起， 但是， 关于竹炭的科学研究无论国 内还是国外， 均处于起步阶段。在世界范围内进行 竹炭研究的主要集中在亚洲的日本、 韩国和中国。 除此之外， 象印度、 哥斯达黎加等也有学者对竹炭进 行了研究。国外对竹炭的研究主要集中在竹炭的烧 制工艺和设备及用途开发方面。对竹炭理论 （竹炭 机能性机理） 的研究尚处于起步阶段。关于竹炭的 研究可归纳为以下几方面： — —日本京都大学木 !竹炭烧制的前处理研究— 质材料研究所的野村隆哉先生对炭材进行烟熏前处 理后发现， 经过烟熏前处理的炭材烧制的竹炭质量 ［’］ — —根据控制 好 ； "烧制温度对竹炭质量的影响— 温度获 得 所 需 的 炭 种； #炭化工艺和设备的研究 — — —主要进行土窑、 简易炉和连续式干馏炉等炭化 ［- & !!］ ； — —主要 过程的研究 $竹炭用途的开发研究— 利用竹炭机能性开发新型材料， 比如开发净水和空 气净化炭， 以及制作内含竹炭粉的枕头、 帽子、 垫子 等生活用品和农林业的应用研究。%竹炭机能性机 理的研究； &竹醋液的成分分析及应用研究。 !+! 竹炭的应用研究 目前， 竹炭竹醋液的产品在日本民间很受欢迎。 关于竹炭的应用研究， 在日本有诸多学者和开发机 构曾经做过竹炭及其副产品— — —竹醋液在农林业 （西红柿、 茶、 卷心菜、 草莓培育、 苗木栽培、 农业堆肥
第 $# 卷 第 F 期 "##" 年 % 月
东
北
林
业大ຫໍສະໝຸດ 学学报)Y<@5IZ Y7 5Y@V[UI&V 7Y@U&V@\ <5RXU@&RV\
X8C? $# 58? F )/C ? "##"
竹炭材料的有效利用理论与应用研究进展 !）
姜树海 张齐生 蒋身学
（南京林业大学， 南京， "!##$%）
摘 要 分析研究了中国竹类资源的应用历史、 现状， 根据中国竹资源的状况， 提出了竹资源利用的研究方向 及发展趋势。着重分析研究了竹炭及其制品的开发应用前景、 竹炭产品存在的问题及开发我国竹炭市场的对策， 并对竹炭的应用研究、 基础理论研究作了论述， 提出了理论研究应着重解决的课题和应用研究对策。 关键词 竹类资源； 有效利用； 竹炭； 竹醋液； 理论研究； 应用对策 分类号 &%’( !"#"$%&’ (%)*%"## )+ ,’" -’")%. $/0 12234&$,4)/ +)% 5++"&,46" 7,4348$,4)/ )+ 9$:;)) <’$%&)$3 = )*+,- &./.+*， 0.+,（5+,6*,- 78932:9; <,*=392*:;，5+,6*,- "!##$%，>? @? A.*,+） B B )8/9,+C 8D 589:.3+2: 78932:9; <,*=392*:;? 1*2.3,-，)*+,- &.3,4/3 （F） E "##"，$# ? E ($ G (H IJJ89K*,- :8 :.3 +LLC*3K .*2:89; +,K :.3 2*:/+:*8, 8D M+NM88 9328/9J3 *, A.*,+，:.3 +/:.892 L/: D89O+9K :.3 9323+9J. K*93J:*8, +,K :.3 K3=3C8LN3,: :93,K *, M+NM88 /:*C*P+:*8,，3NL.+2*P3 :.3 34LC8*:+:*8, 8D M+NM88 J.+9J8+C，:.3 34*2:*,- L98MC3N2，+LLC*3K L982L3J: +,K L98M+MC3 N3:.8K2 *, 34LC8*:*,- K8N32:*J N+9Q3: 8D M+NM88 J.+9J8+C? R, +KK*:*8,，:.3 M+2*J :.389; +,K +LLC*3K 93S 23+9J. 8, M+NM88 J.+9J8+C +93 K32J9*M3K +,K :.3 L9863J:2 D+J*,- *, :.3893:*J+C +,K +LLC*3K 2:/K; +93 8DD393K? >". ?)%0# T+NM88 9328/9J3；UDD3J:*=3 /:*C*P+:*8,；T+NM88 J.+9J8+C；T+NM88 =*,3-+9；V.3893:*J+C 2:/K;；<:*C*P+:*8, 2:9+:3-3