一种木材炭化促进药剂的炭化促进机理分析
木材碳化原理和流程
木材碳化原理和流程随着人们对环境和可持续性的关注日益增加，木材碳化技术逐渐受到重视。
木材碳化是一种将木材转化为炭素的过程，通过控制温度和氧气含量，使得木材在高温下分解，去除水分和挥发性有机物，最终形成一种黑色的多孔炭素材料。
本文将介绍木材碳化的原理和流程。
1. 原理木材碳化的原理基于热解反应。
热解是指在高温下，有机物质分解成较小的分子，其中包括气态、液态和固态产物。
在木材碳化中，木材在高温下分解，去除水分和挥发性有机物，最终形成一种黑色的多孔炭素材料。
炭化过程中，木材中的纤维素和半纤维素分解成碳、水和一些气态产物，而木质素则被转化为焦油和气态产物。
焦油和气态产物可以通过收集和处理来制备化学品，如木醋液和生物柴油。
木材碳化的温度通常在400℃至700℃之间，这种温度下，木材中的大部分有机物质会分解，但碳仍然保持稳定。
因此，木材碳化后的产物具有较高的热稳定性和耐腐蚀性，同时还具有良好的吸附性能和导电性能，可以用于各种应用领域，如环保、建筑、电子和能源。
2. 流程木材碳化的流程主要包括预处理、碳化和后处理三个阶段。
2.1 预处理预处理阶段主要是为了去除木材中的水分和挥发性有机物，以便在碳化阶段中更好地控制温度和氧气含量。
预处理的方法包括干燥、热处理和化学处理。
干燥是将木材暴露在空气中，使其自然失去水分。
热处理是将木材加热至一定温度，以去除水分和挥发性有机物。
化学处理是使用化学品，如酸和碱，去除木材中的水分和挥发性有机物。
2.2 碳化碳化阶段是将预处理后的木材放入碳化炉中，控制温度和氧气含量，使其在高温下分解，去除水分和挥发性有机物，最终形成一种黑色的多孔炭素材料。
碳化炉通常采用间歇式或连续式操作，其中间歇式操作是将木材放入炉内，加热至一定温度，停留一段时间，然后冷却；连续式操作是将木材放入炉内，通过炉内的传送带或推板，使其在炉内依次经过预热、碳化和冷却三个区域。
2.3 后处理后处理阶段是将碳化后的产物进行处理，以获得所需的物理和化学性质。
利用木材炭化促进药剂实现木材在室温下炭化的工艺研究
第45卷第9期2017年9月林业机械与木工设备Vd45 N〇.9 FORESTRY MACHINERY &WOODWORKING EQUIPMENT Sep.2017研究与设计利用木材炭化促进药剂实现木材在室温下炭化的工艺研究孟黎鹏，何超，张海霞，沈佳龙，周纯洁，李杰玲，吕剑平，毕立群，吕梦燕，王瑞明，万劲松(吉林省林业科学研究院林产品质量监督检验站，吉林长春130032)摘要:使用化学药剂A对木材进行浸泡处理后，在气干条件下不需再附加任何条件即可实现木材的炭 化变色。
分析了在室温条件下进行木材炭化的炭化工艺及其影响因素。
关键词：木材炭化;炭化处理剂；炭化促进剂；炭化药剂中图分类号:TS612 文献标识码:A文章编号:2095 -2953(2017)09 -0028 -03Research on Technology for Realizing Carbonization of Wood at RoomTemperature Using Wood Carbonization Accelerating MedicamentMENG Li-peng, HE Chao, ZHANG Hai-xia, SHEN Jia-long, ZHOU Chun-jie, LIJie-ling, LU Jian-ping, BI Li-qun, LU Meng-yan, WANGRui-ming, WAN Jin-song(Wood Product Quality Supervision and Test Center of Jilin Forestry Science Institute,Changchun Jilin 130032,China) Abstract ：A fter using Chemical Agent A for wood soaking treatment, the carbonization and discoloration of wood can be realized under the air drying conditions with no additional conditions. The carbonization process and its influencing factors of wood carbonization at room temperature are analyzed.Key words：wood carbonization ；carbonization treating agent ；carbonization accelerating agent ；carbonization medicament木材经化学药剂A处理后在室温下即可实现炭 化变色，对处理后木材的室温炭化工艺进行研究，以探讨室温下木材的炭化工艺及其影响因素[14。
木材碳化原理
木材碳化原理
木材碳化是指木材在高温和低氧环境下经历的化学反应过程。
在木材碳化过程中，木材中的有机物质被分解并转化为碳质物质，同时释放出气体和水蒸汽。
木材碳化主要是通过热解和炭化两个步骤实现的。
首先，在高温下，木材内部的有机物质开始分解，形成甲烷、乙烯等气体产物。
这个过程被称为热解反应。
然后，在剩余的碳质物质和局部的气氛条件下，木材开始进行炭化，气体会进一步转化为焦油和炭黑。
木材碳化过程中的关键因素是温度和气氛。
高温可以加速木材的热解和炭化速度，同时使反应更加完全。
在氧气供应不充足的情况下，即低氧环境下，木材碳化的过程会更加稳定。
这是因为氧气是热解和炭化过程中的竞争氧化剂，如果氧气供应充足，木材很可能部分或完全燃烧，而不是进行碳化反应。
木材碳化的产物主要是碳质物质，包括木炭和焦油。
木炭具有良好的耐高温性和化学稳定性，因此被广泛应用于炉料、活性炭等领域。
焦油则可以用作化学原料和能源来源。
总体而言，木材碳化是一种将木材转化为碳质物质的过程，通过高温和低氧环境下的热解和炭化反应实现。
这种碳化过程对于木材的加工和利用具有重要意义，可以产生具有多种用途的碳质产品。
木材炭化技术简述
木材炭化技术简述木材高温热处理技术是将木材放人高温、无氧或者低氧的环境中进行一段时间热处理的物理改性技术。
这样生产出来的木材即所谓的炭化木，此法俗称木材炭化技术。
炭化温度通常为160～240℃，与常规木材干燥方法和传统的烧炭方法不同。
一、木材炭化机理木材主要由纤维素、半纤维素、木质素和木材抽提物等组成。
纤维素在木材细胞壁中起骨架作用，其化学性质和超分子结构对木材的强度有重要影响。
纤维素中的羟基和水分子也可形成氢键，不同部位的羟基之间存在的氢键直接影响着木材的吸湿和解吸过程。
大量的氢键可以提高木材的强度，减少吸湿性，降低化学反应性等，且纤维素的吸湿性直接影响到纤维的尺寸稳定性和强度。
木材经过高温热处理之后，羟基的浓度减少，化学结构发生复杂的变化，使炭化木的吸湿性降低，尺寸稳定性提高，但由于纤维素聚合度的降低，氢键被破坏，使得炭化木的力学强度有所损失。
半纤维素是细胞壁中与纤维素紧密联结的物质，起粘结作用，是基体物质，半纤维素吸湿性强、耐热性差、容易水解，在外界条件作用下易于发生变化，是木材中吸湿性最大的组分，是使木材产生吸湿膨胀、变形开裂的因素之一。
木材经热处理后，多糖的损失主要是半纤维素，因而可降低木材的吸湿性，减少木材的膨胀与收缩，提高了炭化木的尺寸稳定性。
又因为半纤维素在细胞壁中与木质素一起起粘结作用，受热分解后木材的内部强度被削弱。
不仅削弱木材的韧性，而且也使抗弯强度、硬度和耐磨性降低。
木质素贯穿着纤维，起强化细胞壁的硬固作用。
木质素还是影响木材颜色的产生与变化的主要因素。
木材具有不同颜色还与细胞壁、细胞腔内填充或沉积的多种抽提物有关。
抽提物对木材强度也有一定的影响，含树脂和树胶较多的木材其耐磨性较高。
木材经过炭化之后，发色基团和助色基团发生复杂的化学变化，抽提物部分被汽化，使得木材颜色发生改变。
二、木材炭化技术的国内外研究现状木材炭化热处理在20世纪早期已经开始研究，最早关于木材炭化热处理的论文发表于1920年。
木质纤维素水热炭化制备炭材料：结构控制与机理研究
木质纤维素水热炭化制备炭材料：结构控制与机理研究木质纤维素类生物质来源广泛,种类繁多,炭含量高,是绿色环保的可再生资源。
在全球面临资源短缺、环境危机的现实背景下,研究生物质资源的高值转化,越来越受到广泛关注。
热化学处理是将生物质资源有效转换成高附加值产物的有效途径。
水热炭化作为一种新的生物质热化学转化方法,在生物质高值转化方面展示出了良好前景。
水热炭化是指在一个密闭体系中,以水为反应媒介,在一定的温度(130℃250 ℃)及自产生的压力下,原料经过一系列复杂反应而转化成炭材料的过程。
本文研究了以木质纤维素类生物质为原料,采用水热炭化方法制备炭材料,分析了各实验因素对固体产物炭,液体产物炭点的结构影响规律,初步实现了生物质基炭材料的形貌和结构控制,阐明了炭的生成和结构调控机理。
主要包括:水热炭化固体产物形貌、孔结构控制制备及功能化改性;液体炭点性能分析及参数优化;最后对固-液产物化学结构组成及水热反应机理进行详细研究。
研究中采用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射,热重分析,低温液氮吸附,紫外分光光度计,荧光分光光度计以及核磁共振分析等手段对制备的炭材料以及复合材料进行表征。
主要开展以下工作:以漂白阔叶木硫酸盐纸浆BHKP提取的戊聚糖为原料,在190℃210 ℃温度下水热炭化合成表面富含含氧官能团的炭微球。
与葡萄糖为原料制备的产物相比,制备的样品有较好的球形度,分散性和热稳定性,粒径分布较宽,反应温度为210 ℃时,粒径分布为150℃1200 nm,表面丰富的羧基基团能够有效促进阴离子交换和络合作用,增强炭产物对水溶液中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附能力,得到炭微球对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)最大吸附容量分别为380.1 mg/g和100.8mg/g,炭微球对金属离子吸附主要通过化学多层吸附。
以羧甲基纤维素为原料,采用软模板/水热炭化法合成了表面形貌可调的炭微球,研究了 F127添加量对产物炭的形貌影响规律。
木炭的生物质炭化过程和机理研究
木炭的生物质炭化过程和机理研究木炭是一种被广泛应用于工业生产、烹饪和能源领域的重要材料。
其制备过程主要是通过生物质的炭化而得到。
本文将探讨木炭的生物质炭化过程和机理，并分析其在不同环境条件下的变化。
生物质炭化是指将生物质在高温条件下失去水分、挥发分和非挥发分的过程。
这一过程主要包括干馏、氧化和裂解三个阶段。
首先，干馏阶段是木炭炭化过程中的第一步。
在高温下，木材中的水分和大部分的挥发分会被释放出来。
水分的排出从宏观上看就是木材的缩小和变形。
同时，木材中的单糖、半纤维素和纤维素等碳水化合物也会发生热解反应，生成有机酸、醇和酮等气体产物。
这些气体产物中包含一些有机酸，如乙酸、甲酸和木质素等，可以作为木炭后续利用的重要资源。
接下来是氧化阶段。
在干馏阶段后，木材中残留的非挥发分开始氧化反应。
氧化反应主要由木质素的热解和部分挥发分的氧化来促进。
研究表明，氧化反应的产物主要是二氧化碳和一些低分子量的有机物。
而随着氧化的进行，木材中的纤维素和半纤维素也会逐渐发生热解，转变为焦油。
焦油是一种黏稠的液体，主要由有机物和木质素组成。
在氧化过程中生成的焦油具有较高的能量含量，可以用作生产合成燃料或化学品的原料。
最后是裂解阶段。
在炭化过程中，木材的纤维素开始裂解，生成木质素和炭化物。
研究表明，木质素的炭化是木材炭化过程中最主要的反应之一。
在高温条件下，木质素分子中的羟基、甲基和酚基被破坏，形成气体和液体产物。
其中气相产物主要包括一些低碳烷烃和芳香化合物，如甲烷、乙烯和苯等。
液相产物则包括一些植物油、酚类和醛类等有机物。
木炭的形成主要是由于木质素的炭化反应。
木质素是一种多羟基的有机化合物，其结构中含有苯环和醚链。
在高温下，这些苯环和醚链会发生裂解反应，形成具有多孔结构的炭化物。
这些多孔炭化物具有大的比表面积和丰富的孔隙结构，可以吸附和储存大量的气体和液体。
这也是木炭广泛应用于催化剂、吸附剂和电池等领域的重要原因。
在不同的环境条件下，木炭的炭化过程和机理也会发生变化。
木炭炭化原理
木炭炭化原理木炭是一种常见的固体燃料，广泛应用于烧烤、取暖和工业生产等领域。
而木炭的生产过程中，炭化原理是至关重要的一环。
下面我们将深入探讨木炭的炭化原理，以便更好地了解木炭的制作过程。
首先，木炭的炭化原理是指将木材在缺氧或微氧的条件下，通过热解反应，使木质素等有机物质发生分解，最终形成木炭的过程。
在这个过程中，温度、时间和环境气氛是影响炭化效果的重要因素。
在木炭的炭化过程中，温度是至关重要的。
一般来说，木材在300°C-500°C的温度下开始失去水分，这个阶段被称为干馏阶段。
随后，木材中的挥发性有机物开始分解，生成木质素和半纤维素等物质，这个阶段被称为干馏阶段。
最后，在600°C-900°C的高温下，木材中的残余碳质开始结晶，形成了具有高热值的木炭。
除了温度，炭化的时间也对木炭的质量产生着重要影响。
炭化时间过短会导致木炭中残留挥发性物质较多，燃烧时易产生浓烟和异味。
而炭化时间过长则会使木炭变得过于脆弱，热值下降。
因此，控制炭化时间，使木材充分炭化，是保证木炭质量的关键。
此外，炭化过程中的环境气氛也对木炭的质量起着重要作用。
在缺氧或微氧的环境中，木材中的挥发性有机物质才能充分分解，生成高质量的木炭。
因此，在木炭生产过程中，需要控制好氧气的供给，以保证木材能够充分炭化。
总的来说，木炭的炭化原理是通过热解反应，使木材中的有机物质分解，最终形成木炭。
在这个过程中，温度、时间和环境气氛是影响木炭质量的关键因素。
通过合理控制这些因素，可以获得高质量的木炭产品。
希望通过本文的介绍，读者对木炭的炭化原理有了更深入的了解，也能更好地掌握木炭的生产技术，提高木炭产品的质量和产量。
影响木材炭化因素的理论研究
文 章 编 号：1674 - 0 9 NhomakorabeaX(2 012)10 (c) - 0 021- 02
木 材具 有天然材 料所特有的自然、美丽 的纹理等 优势，又具 备 价廉物美、生物 学 和 环 境 学 特 性 优 异 等 特点，在 建 筑 内装 修 中 倍 受 青 睐。是国家 建 设 和人 民 生 活必不 可少 的重要 物 资。木 材是四大 建 筑 材 料（钢 筋、 混 凝 土、塑料、竹 木 材 料）之一，在我国大 部 分建 筑物、构 筑物中被大 量 采用。建 筑工程 中如屋 架、梁、柱、支 撑、门窗、地 板、桥 梁、 以及 装修等，都 需要使用大 量木 材。木 材具 有金 属、塑料 等材 料所不 可比拟 的优点，如 良 好的 视觉特 性、触觉特 性、调湿特 性及较 高的强 重比等，但 木 材具 有易燃 性，一旦 发 生 火灾，将会造成巨大的人员伤亡和财产损 失。正因为它 在 建 筑 物、构 筑 物中被 大 量 采 用， 所 以，在 火 灾现 场 经常会 遗留有 木 材 燃 烧 后 的 残 体 物，形成 炭 化、灰 化 痕 迹。在 火 灾 调 查中研究木材炭化情况可以解 决以下问题： 一 是根据木 材炭化的深度来计算燃烧时间， 因为 炭 化 总 是 随 着 时间的 增 加 而 加 深 的； 二 是 木 结 构 的 炭化方向确 定 起 火 点 所在 部 位，越 是 靠 近 起 火 点 其 木 结 构 炭 化 的 越 严 重；三是根 据 炭化状 态分析 燃烧 状况，如 木 材有焰 燃 烧留下 的 炭 化 痕 迹 特点 是 表面 有 较 宽的裂沟，截面明显变 小，而无焰 燃 烧 表 明只有 很 狭窄 的 裂 纹 截 面 无 大 变 化；四 是 根 据 燃烧时间长短研究发生燃烧的先后顺序， 从 而 确 定 火 势蔓 延 的反方向总 是由燃 烧 时 间长的一侧指向燃烧 时间短的一侧。因此， 对木材炭化痕迹的研究逐渐在火灾调查工 作中占据了重要的地位。
木材炭化速率及其影响因素分析综述
木材炭化速率及其影响因素分析综述王秀丽;张盛东【摘要】木材是一种可再生和循环利用的绿色建筑材料,越来越多地应用于现代居住和公共建筑中.木材属于可燃材料,在受火时经历了热解、气化和燃烧等过程,炭化层的形成为内部材料提供了阻氧与滞热作用.木结构建筑在应用中所面临的最大问题就是其耐火性能,而耐火性能主要与木材炭化速率有关,各国规范对炭化速率的计算方法与取用存在着一定的差异.为了更好地了解木材的炭化速率及其影响因素,在已有的研究成果和文献基础上,总结归纳了影响木材炭化速率的主要材料特性和外部因素,其中材料特性包括木材的密度、含水率、化学成分、木纹方向以及尺寸效应,外部因素包括受火温度和氧浓度.最后讨论分析每种影响因素对炭化速率的影响,供今后实际工程抗火设计参考.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2018(034)003【总页数】6页(P177-182)【关键词】木结构;耐火性能;炭化速率;影响因素【作者】王秀丽;张盛东【作者单位】同济大学建筑工程系,上海200092;同济大学建筑工程系,上海200092【正文语种】中文0 引言与钢材和混凝土材料相比,木材作为一种可再生的建筑材料,具有较高强重比(高于普通钢材)、纹理美丽、加工性好等优点。
且木结构建筑在保温、节能、环保、舒适性、结构灵活性等方面有着传统钢结构和钢筋混凝土结构不可比拟的优越性[1]。
但木材属于可燃材料,许多人认为木结构耐火性能差,这就使得木结构的应用受到一定限制。
在进行木结构的抗火设计时,炭化速率是不可忽略的重要特性。
研究表明[2],木材具有较低的导热系数0.43～0.6 W/mK (钢材导热系数23～55 W/mK,混凝土0.6～1.6 W/mK)。
木构件受火后,表面形成炭化层,炭化层的导热系数是木材的1/3～1/4,可以增加表面热阻,迟滞热的穿透,抑制木材内层的热解及继续炭化,可见未经防火处理的大截面木构件仍具有较长的耐火极限。
影响木材炭化速率的因素分为材料特性和外部因素两个方面,本文在总结国内外有关木构件炭化速率的试验研究和结果分析基础之上,选择多数学者普遍认同的影响因素进行讨论分析,为今后工程抗火设计提供理论参考。
木材碳化机器原理
木材碳化机器原理
木材碳化机器是一种将木材转化为木炭的设备，其原理是通过高温处理木材，使其分解成烟气和固体炭，烟气经过净化处理后排放，固体炭则可以用于生产烤肉、暖气、培养菌种等用途。
木材碳化机器主要由加热炉、炭化炉、冷却室、净化器等组成。
首先，将木材放入炭化炉内，在加热的条件下，木材中的挥发性物质挥发出来，形成烟气，同时木材本身的残留物质转化为固体炭。
烟气经过净化器处理后排放，固体炭则通过冷却室冷却后取出。
木材碳化机器的优点是可以有效利用木材资源，同时还能减少烟气污染。
它在农村地区被广泛应用于烤肉、暖气等方面，也可以作为生物质燃料进行利用，具有很高的经济价值和环境保护价值。
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木材碳化原理和流程
木材碳化原理和流程木材碳化是一种将木材转化为高碳含量物质的过程。
木质材料经过碳化后，以提高材料的硬度、强度和耐磨性，从而适用于制备高品质的工业材料和化学品。
木材碳化的原理和流程如下。
原理：木材碳化的原理基于木质材料中碳的存在。
木材主要由纤维素、半纤维素和木质素等有机物质组成，其中大部分是碳元素。
在木材碳化过程中，木材中的有机物质被高温分解，生成碳元素。
碳化过程：木材碳化过程主要分为三个阶段：挥发、软化和焦化。
1.挥发阶段：在木材碳化的初期，木质材料加热后，其中的水分会被汽化释放出来。
随着温度的升高，木材中的挥发性有机物质也会逐渐释放出来。
这些有机物质主要是含氧化合物和有机酸等。
2.软化阶段：随着温度的进一步升高，木材中的非挥发性有机物质会开始发生软化。
软化的过程主要是由木材中的半纤维素和木质素等有机物质在高温下分解产生的。
这些有机物质在高温下会逐渐失去水分和有机气体，形成一种黏稠的状况。
3.焦化阶段：当木材温度升高到一定程度时，软化的有机物质会进一步分解，生成更多的碳元素。
这些碳元素逐渐凝聚形成焦炭，同时释放出大量的热量。
焦炭是一种致密的高碳含量物质，具有高硬度、强度和耐磨性，是木材碳化的主要产物。
流程：木材碳化的流程可以分为预处理、加热和冷却三个主要步骤。
1.预处理：在碳化之前，木质材料需要进行一些预处理。
这包括去除木材中的杂质、树皮和含水量高的部分。
预处理的目的是提高碳化效果，减少杂质对最终产品质量的影响。
2.加热：预处理后的木质材料被放置在一个封闭的碳化炉中，加热至高温。
加热的温度取决于木材的种类和碳化的要求。
通常，木材碳化的温度在600℃到1200℃之间。
3.冷却：碳化炉中的木质材料在达到所需温度后，需要经过冷却过程。
冷却的目的是减少碳材料与空气接触时的氧化反应，并防止碳材料产生裂纹。
通常，冷却可以通过开启碳化炉的排气系统，让炉内温度逐渐降下来。
总结：木材碳化通过加热木质材料，使其发生分解和炭化反应，最终得到高碳含量的焦炭。
木材炭化机理的FT_IR光谱分析研究
第25卷第2期2005年6月林 产 化 学 与 工 业Che m istry and I ndustry ofForest Pr oductsVol.25No.2June2005木材炭化机理的FT-I R光谱分析研究3J I A NG M S 江茂生1,黄彪2,陈学榕2,唐兴平2(1.福建农林大学生命科学学院,福建福州350002;2.福建农林大学材料工程学院,福建福州350002)摘 要: 结合炭化物的性质,采用傅立叶变换红外光谱,对木材炭化过程中碳网构造、表面官能团变化情况进行分析,揭示了其演变规律。
结果表明:FT-I R光谱中1600c m-1附近芳环振动吸收强度的变化和波数的位移、3100～3200cm-1间ν(A r—H)及900～650c m-1间ν(A r—H)的吸收强度的变化,与炭化过程中碳网构造的变化是相对应的。
随炭化温度升高,炭化物聚合度升高,表面官能团也发生了明显变化。
600～700℃间,炭化物中发生了大量—OH的脱水反应,碳网构造开始迅速发达。
700℃之后,碳网的平面有序化并进一步生长。
慢速升温有利于形成结构更规整的平面碳网,炭化物的表面官能团更少。
关键词: 木材;炭化;FT-I R光谱中图分类号:T Q351.2 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2005)02-0016-05FT2I R SPECTROSCOP I C ANALYSI S ON WOOD CARBON I Z ATI O NMECHAN I S MJ I A NG Mao2sheng1,HUANG B iao2,CHEN Xue2r ong2,T ANG Xing2p ing2(1.College of L ife Sciences,Fujian A griculture and Forestry U niversity,Fuzhou350002,China;2.M aterial Engineering College,Fujian A griculture and Forestry U niversity,Fuzhou350002,China)Abstract:By FT2I R s pectral study,an atte mp t has been made t o investigate the variati ons of carbon net constructi on and main functi onal gr oup s on the surface of carbonized material of Chinese fir wood in the p r ocess of carbonizati on.The results indicated that the variati ons of abs or p ti on intensity of three characteristic bands,1600,3100-3200and 900-650cm-1,and the shift of abs or p ti on peak of1600c m-1can reflect the variati ons of ar omatizati on degree and carbon net constructi on of the charcoal.W ith te mperature rising,the degree of carbon poly merizati on is increasing, and the main functi onal gr oup s on the charcoal surface are changed obvi ously.Fr om600-700℃,dehydrati on of the hydr oxyls in carbonized material takes p lace abundantly,and the carbon net constructi on is devel oped highly.Fur2 ther more,sl ow carbonizati on is beneficial t o for m better ordered carbon2net constructi on with less functi onal gr oup s on the charcoal surface.Key words:wood;carbonizati on;FT2I R s pectr oscop ic炭化是指有机物质受热分解而留下残渣或炭的过程。
木材炭化及其物理力学性能的研究
木材炭化及其物理力学性能的研究杨柳;李晖;杨志斌;李军章;陈曦【摘要】以水杉、杨木为原料制备炭化木,研究炭化工艺对木材物理力学性能的影响。
结果表明：随着炭化温度的升高,炭化木材色逐渐变深,平衡含水率逐渐降低,密度降低,水杉密度由0.428g/cm3减小至0.340g/cm3,杨木密度由0.482g/cm3减小至0.338g/cm3,水杉抗弯强度下降约42.39%,杨木抗弯强度下降约46.30%,其弹性模量也呈减小趋势。
而且,木材的体积干缩率随温度和时间的增加而下降,较大程度地提高了木材的尺寸稳定性。
%The material with Metasequoia glyptostroboides Huet cheng and Populus L.as carbonized technology influence on physical and mechanical properties of wood.raw material preparation,The results showed that with carbonization temperature increasing,carbonized wood color becomes deep gradually,moisture content is gradually reduced.By 0.428 g/cm3 Metasequoia glyptostroboides Huet cheng density of raw materials reduced to 0.34 g / cm3,By the 0.482g/cm3 Populus L.density raw materials 0.338 g/cm3 to reduce,Drop about 42.39% metasequoia anti-flexural strength,flexural strength decline of roughly 46.3% cypress,the elastic modulus also has reduced the trend.Moreover,the volume of wood drying shrinkage rate increased with temperature and time was significantly reduce trend,larger degree of improve the dimension stability of wood.【期刊名称】《湖北林业科技》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】5页(P32-35,60)【关键词】水杉;杨木;炭化处理;物理力学性能【作者】杨柳;李晖;杨志斌;李军章;陈曦【作者单位】湖北省林业科学研究院,武汉430075;湖北省林业科学研究院,武汉430075;湖北省林业科学研究院,武汉430075;湖北省林业科学研究院,武汉430075;武汉市园林局劳动服务公司,武汉430010【正文语种】中文【中图分类】TQ351.277水杉Metasequoia glyptostroboides Huet cheng、杨木是我省重要的速生树种，其木材的物理力学性质、纤维形态、化学组成、加工性能有许多独特之处。
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第45卷第8期 林业机械与木工设备Vol45 No.8 2017 年 8 月FORESTRY MACHINERY &WOODWORKING EQUIPMENT Aug.2017研究与设计一种木材炭化促进药剂的炭化促进机理分析孟黎鹏，何超，张海霞，沈佳龙，周纯洁，李杰玲，吕建平，毕立群，吕梦燕，王瑞明，万劲松(吉林省林业科学研究院林产品质量监督检验站，吉林长春130032)摘要：对化学药剂A促进木材炭化的机理进行了研究和探讨，化学药剂A具有强脱水性和氧化性，可 将木材化学组分中的水分脱去，使木材组分以C的形式存在，从而实现了木材炭化。
关键词：木材炭化;炭化药剂；炭化机理中图分类号:TS612 文献标识码:A文章编号:2095 -2953(2017)08 -0035 -03Analysis of the Carbonization Mechanism of a Chemical AgentPromoting the Carbonization of WoodMENG Li-peng，HE Chao，ZHANG Hai-xia，SHEN Jia-long，ZHOU Chun-jie, LI Jie-ling，LY Jian-ping, BI Li-qun, LY Meng-yan, WANG Rui-ming, WAN Jin-song (Wooden Product Quality Supervision and Inspection Center,Jilin Forestry Science Institute,Changchun Jilin 130032,China) Abstract：The wood carbonization mechanism promoted by Chemical Agent A is studied and discussed.Chemical A-gent A has strong oxidizing and dehydration properties,and can remove the moisture in the wood chemical components to make the wood components present in the form of C,thereby realizing the carbonization of wood.Key words：wood carbonization；carbonization agent；carbonization mechanism木材经炭化处理后装饰性能显著提高，并同时 具有了良好的生物耐久性、耐腐性、耐候性、尺寸稳 定性，以及安全、环保等一系列突出优点，木材炭化 广泛应用于木材材质改良及附加值提高等方面[1_2]〇常规炭化木的制造通常是将木材放入高温（160 〜240 T)、无氧或低氧的环境中进行一段时间热处 理的纯物理改性技术，这种改性技术需要配套专门 设备，如处理罐、处理窑等，对设备要求较高，生产周期较长[3_4]。
使用化学药剂A对木材进行处理后，处理部位 可实现在相对低温（1〇〇 1以内）空气环境中（无需 隔绝氧气）的快速炭化，笔者下面对此化学药剂促进 木材炭化的机理进行研究和探讨。
1木材颜色变化现象使用化学药剂A对木材进行处理后，木材的颜 色刚开始并没有发生变化，在后续的加热、光照及干 燥的过程中，木材的颜色才开始发生缓慢变化，颜色 和炭化木的颜色一致。
经机理分析，木材的颜色变收稿日期:2017 -04-25基金项目：吉林省林业厅育林基金项目“木材炭化技术研究”（2013 -005)第一作者简介:孟黎鹏（1981 -)，男，助理研究员，硕士，主要从事木质林产品的质检及科研工作，E-mail：55715962@ 〇36林业机械与木工设备第45卷化属于炭化变色。
1.1试验条件(1) 试件处理方式:将木材试件在不同浓度的化 学药剂A 中浸泡3天，然后用水冲洗后避光气干存放3天。
(2) 试件材种:杨木、柞木。
(3)干燥方式:置于窗台上气干30天，阳光可照 射;80 T 烘箱加热干燥30 min 。
1. 2化学药剂A 处理后木材的几种颜色变化经不同浓度化学药剂A 处理后木材的几种颜色变化如图1〜3所示。
图1杨木经不同浓度化学药剂A 处理后 在光照条件下的化学炭化变色图2柞木经相同浓度化学药剂A 处理后在光照条件下的试件逆光面和照射面的炭化变色图3杨木和柞木经化学药剂A 处理后在烘箱中加热条件下的化学炭化变色1.3使用化学药剂炭化的特点使用化学药剂A 处理木材与常规炭化相比，木材的炭化过程有以下特点：(1)受热后木材表面颜色迅速变化，在80 1时仅仅几分钟即开始变色，30min 后基本变成黑色。
(2)木材表面颜色变化需要的温度低，常规木材炭化需要140T以上，而化学炭化在室温下即可实现木材的炭化变色，随着温度的升高，木材颜色变化的速度加快。
(3) 化学药剂促进木材炭化过程中不需要专门的真空或者添加饱和气体等隔离氧气的环境，其在 大气环境下即可实现炭化。
(4) 随着温度的升高，木材颜色变化的规律是: 褐色^古铜色^黑色。
(5)加热方式不同木材的颜色变化也不同，室温或光照条件下木材的颜色会变成古铜色。
加热方式 下木材的颜色不易控制，会迅速变成黑色。
(6)不加热情况下，涂抹、浸泡及水分挥发期间木材不变色，但处理后的木材在长期放置过程中颜 色会逐渐发生变化，都会变为古铜色。
(7)气干过程中无论是否光照，木材颜色都会发生变化，光照面颜色比逆光面颜色要深。
2炭化机理研究2.1木材组分木材的三大化学成分是木质素、纤维素和半纤维素。
木材的元素组成为碳49%〜50%，氢6%，氧 45%〜50%，氮0.1%〜1%，灰分中主要含有钙、钾、 镁、钠、锰、铁、磷、硫等。
木材简单的化学分子式为C 47046H 6N ，其他化学元素可以忽略。
2.2炭化原理木材中的最主要成分是半纤维素，可以用分子 式(C 6H 1()05)n 来表示，其中的C 为0价，使用化学 药剂A 使木材炭化的过程实际上就是脱水的过程，可以用下面的化学式表述。
(C 6H 10O 5)n + A =6nC + A • 5nH 20试验过程中发现，木材使用高浓度化学药剂A处理后，用手触摸木材表面会有发黏且潮湿的感觉，化学药剂A 的浓度越高，这种现象越明显，笔者认为 这是由于水分脱出或者是木材表面炭化后形成C 粉 所致，化学药剂A 与木材反应使其炭化的机理是化 学药剂A具有强脱水性。
第8期孟黎鹏，等:一种木材炭化促进药剂的炭化促进机理分析372.3低浓度化学药剂A也能促使木材炭化在涂布或浸泡低浓度化学药剂A溶液时，木材 的颜色并没有变化，木材颜色变化是在干燥过程中 发生的，即化学药剂A挥发后，使化学药剂A溶液的 浓度提高后才会使木材发生脱水炭化变色。
采用化学药剂A制备的稀溶液处理木材，低浓 度化学药剂A溶液在放置过程中由于挥发使溶液浓 度提高，当浓度达到具有强脱水性时也能发生炭化变色。
14木材炭化过程中的附加反应在木材炭化反应过程中，如需快速炭化则需要加热，在加热的过程中会散发出大量的刺鼻气味，而且木材表面会发生过度炭化现象，使木材表面变疏变脆，强度也大大降低。
经过化学药剂A处理后的木材在加热条件下颜 色首先会变为灰褐色，然后变成古铜色，继续加热最终会变成黑色，同时会产生刺激性气味。
化学药剂A具有强氧化性，在加热条件下会与 木材中已经脱水的C继续发生化学反应，将其氧化 生成C02，同时化学药剂A也会自身分解还原，生成 具有刺激性气味的气体B，过度炭化的附加化学反 应式为：A + C—^C〇2 + H20 + B从上面的化学反应式可以看出，如果反应继续，木材就会过度炭化，A会与炭化发生中生成的C继 续反应，木材会发生降解，强度将大大降低，同时产(上接第34页）参考文献：[1]董林莲.基于ZigBee技术的消防员定位系统研究与实现[D].上海:东华大学硕士论文，2014.[2]陈髙锋.常用无线通讯技术简介[J].电脑知识与技术，2012(2)：1062-1064.[3]石发强.基于WiFi技术的煤矿井下通讯系统的设计[J].矿业安全与环保，2013(4) :50-52.[4]蒋权利.基于ZigBee的语音传输技术研究实现[D].南京:南京邮电大学硕士论文，2015.[5]封士永.多点无线语音传输系统的设计与实现[D].苏州：苏州大学硕士论文，2013.[6]索永峰.刘天悦.池天河.等.基于室内GIS和定位技术的消防生具有刺激性气味的气体B。
3总结与讨论(1) 化学药剂A具有强氧化性和强脱水性，强脱 水性会使木材中的纤维素等组分失水变成C，这是化学药剂A能促进木材炭化的反应机理。
(2) 使用化学药剂A对木材进行炭化处理时需 要将化学药剂A稀释后使用。
采用稀释后的化学药剂处理木材在干燥过程中随着水分的蒸发药剂浓度提高，浓药剂将夺走木材中的水分，因此可促进木材的快速炭化。
(3) 木材炭化后变成C，如果继续炭化处理生成 的C会与具有强氧化性的化学药剂A继续发生化学反应，产生具有刺激性气味的气体，并使木材中的C氧化成C02。
(4) 木材过度炭化将使木材强度大大降低，因此 在使用化学药剂A促进木材炭化过程中要避免木材发生过度炭化现象。
参考文献：[1]林兰英，陈志林，傅峰.木材炭化与炭化物利用研究进展[J].世界林业研究，2007,20(5);22-26.[2]牛笑一.木材炭化的特点及应用[J].家具与室内装饰，2010(12).[3]张冠中，赵师辛，陈梦涵，等.碱木质素基活性炭的制备与孔结构特征[J].林业机械与木工设备，2017，45 (2) ;35 - 39.[4]郭臻宇，连弘扬，李丽沙，等.炭化处理对杨木声学振动特性的影响[J].森林工程，2016,32(4) ;41 -45 +50.(责任编辑张雅芳）一体化指挥系统[J].中国安全生产科学技术，2014 (12) :67-74.[7]马丽.建筑内火灾中人员定位技术的选择[J].消防科学与技术，2013(7) :763 -765.[8]王守辉.曾枭林.郭建宏.等.一种新的消防员定位方法[J].中国科技信息，2012 (10) : 147 -148.[9]巴兴强，姜博瀚，朱海涛，等.基于出租车运营GPS数据的城市公交线路优化方法研究[J].森林工程，2015,30(3) : 124 -127+ 154.[10]赵瑶，舒立福，邓忠坚，等.林火扑救队伍跟踪及护林员巡护管理系统研究[J].林业机械与木工设备，2014,42(12) :22 -26.(责任编辑张雅芳）。