关于利用生物质制取活性炭的现状及现实意义

关于利用生物质制取活性炭的现状
及现实意义
论文关键词：生物质活性炭发展潜力应用价值现实意义
论文摘要：叙述了利用生物质为原料制取生物质活性炭的 2种方法一一物理法和化学法及生物质活性炭与煤质活性炭的优
缺点。

指出，由于能源的缺乏和环保意识的增强，生物质制取活性炭较煤质活性炭更有优势。

0 引言
活性炭 (Activated carbon，简称 AC)是一种利用生物有机物质 (如木材、焦炭、石油焦、各种坚果壳等)制备的具有发达孔隙结构和大比表面积的多孔炭材料…。

随着工业的发展，对活性炭的需求越来越多，在很多领域里都用到活性炭。

以木材为原料的传统的活性炭的制备已受到林业发展
的限制，因此，利用多种生物质为原料来制取活性炭越来越被重视。

目前，各种生物质
制取活性炭的研究已在不断地进行，有些已经转换为生产力。

这样，不仅能够使废弃物充分利用，而且还能够满足对活性炭不断增加的需求。

本文就国内外生物质的研究制备和应用方面的现状及生物质活性炭在不同
领域的应用作一概述。

1 生物质制取活性炭的优缺点
生物质制取活性炭与传统的煤制取活
性炭比较，由于其原料是农林废弃物和工业废弃物，所以原料来源丰富，价格低廉。

与原料煤相比，生物质无黏结性、无需破黏等特殊处理，制取活性炭的工艺过程简单。

由于利用生物质制取活性炭是 1种新的研究方向和新的工艺，不可避免地存在着缺点利用生物质制取活性炭，对装置要求较高，制取的活性炭没有煤制取活性炭所具有的良
好的吸附性能和机械强度。

煤制取的活性炭比生物质活性炭更容易再生，抗磨损性强，流体阻力相对较小。

2 生物质制取活性炭制备方法
生物质制取活性炭也和煤制取活性炭
一样，有物理法和化学法。

物理法是把原
料炭化以后，用水蒸气、c0 、空气、烟道
气等在700℃～1 i00℃下进行活化的方法。

物理活化法所得产品的形状以颗粒状为主，其孔径分布以微孔居多，更适合于液相和气相中分子量和分子直径较小的物质的吸附。

它的基本原理是炭化在惰性氛围气中经过
热分解放出挥发酚而变成炭化产物，而后，将炭化产物用水蒸气、C0 等在 700。

C ～1 1o0℃下进一步活化制成具有发达的孔隙及
与其相应比表面积的活性炭。

物理方法的一般流程见图l。

即原料经过干燥、炭化，再经过预处理工段 (破碎筛选)，再经过活化
工段 (活化)，然后进行洗涤，最后进行后
处理工段 (干燥、粉碎)，就可以得到活性
炭产品。

在实际生产中，大多采用高温水蒸气作活化剂。

其优点在于用水蒸气作活化剂，使炭表面纯净，生产工艺简单，不存在设备腐蚀和环境污染。

又因反应吸热，不会使物
料在活化中局部过热而影响收率。

其缺点是，因耐火材料和木炭的传热系数小，易造成管内物料温度不均，活化不一致而影响产品质
量的稳定。

另外，因其依靠碳原子氧化形成孔隙结构，故活性炭的收率不高，且活化温度较高。

化学法是把化学药品加入原料中，在惰性气体介质中加热，进行炭化和活化的一种方法。

化学活化法所得产品的形状以粉状为主，其孔径分布可通过调节化学活化剂的配比进行控制，比较灵活。

既可制造出以微孔为主的产品，也可制造出富含中孔 (过渡孔)的产品，比较适合于吸附液相中分子量和分子直径较大的物质。

化学方法活性炭的成熟工艺为氯化锌 (ZnC1 )法。

国内活性炭生产厂大多采用该法，其活化原理为：ZnCl。

在炭化活化中有脱水作用，使有机木质原材料的氢、氧元素以水的形式溢出，如此可降低炭化活化温度，改变热解路线，另外，ZnC1 溶液对木质原料有溶解、侵蚀作用，故可顺利渗透到原料内部，到达木质原料中纤维形式的细孔中，以实现完全活化。

活化过程中ZnC1。

多数留在炭中起骨架作用，而形成的炭则沉积在骨架上。

当最后用水洗掉 ZnC1 后，则炭形成多孔，从而具有吸附、脱色作
用。

化学方法的一般流程见图2。

即原料经过预处理工段 (浸渍)，再进行活化工段(炭化活化)，然后进行洗涤，最后进行后处理工段 (干燥、粉碎)，就可以得到活性炭产品。

化学方法的优点在于制备的活性炭孔
隙率大，且可通过调整活化剂的浓度生产不同孔径的活性炭，活化时间短、活化反应易控制、产物比表面积大。

另外用ZnC1。

做活化剂，炭化活性温度低、易操作、能耗小，同时ZnCl 可回收循环利用但因在炭化活化时有部分ZnC1 进入大气，回收工段还要使用挥发性盐酸，这对大气均有一定程度的污染，另外，化学法对设备腐蚀性大。

一直以来，利用物理法制取的活性炭的使用量不断增加，特别是颗粒活性炭。

据称，使用量的年均增长率为5％～10％。

化学法制取的活性炭的使用量变化不大，甚至有下降的趋势。

物理法之所以成为生产活性炭的主要方法，是由于化学法有如下一些缺点：
a) 存在着由于从各个生产工序中产生
的酸性气体，特别是氯气对金属材料的腐蚀及污染环境的问题；
b) 生产装置所使用的材料几乎都需要
耐腐蚀，成本高：
c) 所使用的化学活化剂回收不充分时，重金属离子有残留在活性炭中的危险性，用途受到限制；
d) 适于吸附气体的微孔少；
e) 产品绝大多数为粉末状。

不同方法、不同原料制取的活性炭的性能比较见表 1。

3 影响生物质制取活性炭性能的因素
利用生物质来制取活性炭的过程，主要有如下几种影响因素：生物质原料、活化温度和活化剂种类等。

利用生物质制取活性炭的原料主要有秸秆、稻壳、花生壳、核桃壳等。

利用花生壳制备活性炭的工艺早在 2O
世纪 90年代中期就有报道。

以花生壳为原料制备的活性炭对水体中的重金属离子有
很好的吸附性能，例如：Hg(II)，Pb(II)，Cu(II)等。

利用小麦秸秆为原料制备的活性
炭则具有较强的脱色力。

利用稻壳为原料制备的活性炭具有很强的净化能力。

利用核桃壳为原料制备的活性炭，具有较高的吸附性能。

由此可见，利用不同原料制备的活性炭在性能方面各有不同。

原料对制备的活性炭的性能有很大的影响。

关于活化温度与活性炭性能的关系。

厉悦，等，利用 KOH活化稻壳制备的活性炭，在活化温度为750℃时，其他工艺参数相同的条件下，稻壳活性炭的吸附性能最好。

欧阳娜娜，等用核桃壳活性炭的吸附性能，
随着活化温度的升高而增强，但当达到一定值时又逐渐下降。

当活化温度升至600℃时，核桃壳活性炭对碘的吸附达到最大值。

总的看来，活化温度是影响活性炭性能的一个重要因素，且不同的原料和工艺过程，需要不同的活化温度。

在同一个工艺过程中并不是活化温度越高越好，存在着一个最佳活化温度。

活化剂种类的不同，所制取活性炭产品的性能也有很大的差异。

杨性坤，等“利
用 Na。

s和 Na。

P0 做活化剂，产品的吸附
力较大，但产品收率较低。

但采用 ZnC1 做活化剂时，产品收率最高，吸附力相差不多。

在相同浓度下，采用H 0 作活化剂时，活性炭的收率低于采用 ZnCl 活化的工艺。

对几种不同活化剂的比较，采用 ZnC1 为活化剂达到效果最佳。

采用不同的工艺过程不同的活化剂，制取活性炭达到最佳效果的情况是不相同的。

4 生物质制取活．性炭的应用
牛物丽制即活件的府用随着利用生物
质制取活性炭的研究和工艺的不断发展，各种不同性能的生物质活性炭被应用于不同
领域。

由于利用不同的原料和不同的工艺进行制备，进而得到了不同性能的生物质活性炭。

4．1 烟秆活性炭处理含 cu(II)废水
高建培，等采用微波加热氯化锌法制
备的烟秆活性炭，对废水中的 Cu(II)具有
很好的吸附作用。

随着活性炭投入量的增加，Cu(II)的去除率增大。

当活性炭用量增加到10g／L时，Cu(II)的去除率达到最大，达到世界卫生组织推荐的饮用水中Cu(II)的最
大高浓度为 1．5mg／L的要求。

另外，烟秆活性炭对亚甲基蓝脱色力均超过国家标准
一级品的指标。

4．2 椰壳活性炭脱色
利用椰壳为原料制备的活性炭对蔗糖
溶液有较佳的脱色作用。

因为椰壳活性炭具有比表面积大、高纤维、高密度、毛细孔分配均匀和吸附力强的特点，非常适于脱色处理。

一直以来，许多的工厂采用 S0 对糖液进行脱色处理，这就造成了这些产品SO2超标，而且也污染环境。

采用椰壳活性炭脱色处理，不仅解决了此类产品 S0 的超标问题，而且不会污染环境。

另外，活性炭具有再生能力，多次再生使用，既经济又具有现实意义。

4．3 稻壳活性炭脱色及吸附作用
王万森，等采用微波法制备稻壳活性炭，是 1种新型生产活性炭的工艺，不同于普通物理法与化学法。

这种工艺制备的稻壳活性炭，无污染，工艺简单，生产成本低。

用这种工艺制备的稻壳活性炭对亚甲基兰脱色
效果佳，高于LY216—79．783标准 15倍。

人们知道香烟中的焦油、烟气烟碱对人体有害，利用稻壳活性炭就可以对香烟中的焦油、烟气烟碱起到良好的吸附作用。

该工艺过程不仅有较好的经济效益，而且已具备工业化生产条件。

4．4 污泥制备活性炭的应用
利用城市污水厂二沉池回流污泥为原料，采用水蒸气活化法能够制备出性能良好的活性炭吸附剂。

当投加一定量污泥制备的活性炭在染料废水中时，染料中的废水色度去除率将近 100％，且对废水的 COD去除效果也很好。

利用城市污水厂的污泥制取活性炭，是一种符合循环经济理念的污泥处置方式。

这种工艺过程和所得产品，有效地处理处置了污泥，解决了污泥处理的一大难题，实现了变废为宝。

5 结语
由于工业的迅速发展，越来越多的领域中要用到活性炭。

不同的生物质活性炭的研究和应用实例，使我们看到利用生物质制取活性炭是行之有效的工艺。

在解决活性炭的需求的同时，还可使农林废弃物和工业废弃
物变废为宝，这既可约资源，又有利于改善环境。

由于制取工艺的限制，生物质制取活性炭还需要进一步研究。

但结合我国的现状来说，生物质制取活性炭有一定的发展潜力，是很有研究价值的。

参考文献：
[1]徐涛，刘晓勤。

花生壳活性炭研究
进展 fJ]．花生学报，2007，36(3)：1—4．易四勇，王先友，李娜，等．活性炭活化处理技术的研究进展[J]．材料导报，2008，3(2 2)：72—7 5．
立本英机，安部郁夫．活性炭的应用技术——其维持管理及存在问题[M]．广州：
东南大学出版社，2002．
尹炳奎，朱石清，朱南文，等．生物质活性炭的制备及其染料废水中的应用[J]．环境污染与防治，2006，28(8)：608—61 0．
原芳．简述稻壳活性炭的制备及用于净化水源水[J]．科技咨询导报，2007(2 9)：24．
彭绍军，张金平，杨刚，等．芦苇黑液
木质素制备大比表面积活性炭的研究[J]．环境保护·技术进步，2007(3)：67—69．
郭嘉，向守信，桂木，等．磷酸浸渍
法制备生物质活性炭吸附氨气[J]．化学工
程师，2007(6)：1-4．
f8]范晓丹，张襄楷，杨虹莹．污泥活
性炭的制备及其脱色性能[J]化工进展，2007，26(1 2)：1 804—1807．
厉悦，李湘洲，刘敏．稻壳基活性炭
制备及表征[J]．中南林业科技大学学报，2007，27(6)：18 3-1 8 6．
[10]欧阳娜娜，杨焰．核桃壳制活性炭的工艺研究[J]．湖南林业科技，2006，33(1)：26—27．
[11]杨性坤，栗印环．利用花生壳制备活性炭的工艺研究[J]．信阳师范学院学报(自然科学版 )，2001，14(2)：2 26—22 8．
[12)高建培，黄斌，张利波．微波加热烟秆制备活性炭处理含铜废水[J]工业加热，2007，36(3)：4-6．
[13]彭金辉，张利波，张世敏，等．综
合利用烟秆废料制取优质活性炭[J]林产化学与工业，2002，2 2(3)：85—87．
[14]李瑞，陈华，夏秋瑜，等．椰壳活性炭脱色蔗糖溶液的研究[J]．现代食品科技，2 007，26(1 2)：54-56．
[15]王万森，姚学仁，姚培正．农业废弃物稻壳生产活性炭及水玻璃的研究[J]．可再生资源研究，2003(1)：34—35．。