竹炭的基本概念
竹炭的基本概念
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竹炭的基本概念
1、炭的定义与分类
炭是一种既传统又现代的材料，作为燃料已被人们普遍认知。炭还是一种多孔性材料，具有很强的吸附、调湿、净化、除臭等功效。目前常见的主要有木炭、竹炭、活性炭、炭黑、煤炭、及焦炭等。国家标准（GB/T17664—1999）中定义木炭有硬阔叶木炭、阔叶木炭和松木炭。硬阔叶木炭由硬阔叶材及桦木材的混合材烧质而成。阔叶木炭由硬、软阔叶的混合材烧质而成。松木炭由松木或针叶材烧质烧质而成2、“白炭”与“黑炭”
人们通常将木炭分为白炭和黑炭，其中白炭又可以分为乌冈炭、白炭和青炭。白炭，是指木材在窑内炭化完毕时趁热从窑内扒出，然后用湿沙土熄灭的方法，在熄灭的过程中，木炭与空气接触而进行煅烧，炭的外部被氧化，生产的白色灰附在木炭上。这种炭质地很硬，比重大，色黑、断面有金属光泽，当轻轻敲击时会发出清脆悦耳的金属声，燃烧时不发烟，发热量高，燃烧持久，很少有黑色的粉末掉落，又十分适合用于水质净化和沐浴等方面的用途。
黑炭，采用闷窑熄火的方法得到的炭，性质与白炭相反。过去老百姓家中炭火盆里烧的炭大都是烧质粗糙的黑炭。它燃烧时常冒烟并发出爆裂声，发热量小，由于炭化温度较低，挥发分多，着火容易。它易于散落下黑粉，不适于菜肴、饮水和沐浴使用，可以用来除湿和除臭。
3、竹炭
竹炭是以竹材为原料经高温炭化获得的固体产物。按质量等级可分为一级品、合格品两个等级；按形状不同可分为筒炭、片炭、颗粒炭、碎炭、粉末炭等。
在日本，以干馏炭化的最终温度分，有的可分3种：低温竹炭400℃、中温竹炭600℃—700℃、高温竹炭1000℃；也有2种：将400℃—600℃炭化的称为低温竹炭、800℃—1000℃炭化的称为高温竹炭。4、活性炭
活性炭是一种用途很广的吸附剂和催化剂，是由一些含炭的原料经过炭化和活化等加工过程生产出来的。活性炭为黑色，主要由碳元素构成。其性质稳定，不溶于水及有机溶剂，能耐酸碱等化学药品的作用；并且可通过再生的方法恢复其活性而反复使用。
活性炭根据外观形状可分成粉末状、颗粒状及纤维状三类；根据使用原料不同可分成植物类原料（木屑、木炭等）、矿物类原料（煤、石油焦碳等）及其他原料（纸浆、水解木质、废塑料等）所生产的活性炭；按制造方法不同可非为气体活化法活性炭、化学药品活化法活性炭及混合活化法活性炭；按用途可分为气相吸附用活性炭（溶剂回收活性炭、脱硫炭等）、液相吸附用活性炭（糖用炭、味精炭、水处理炭等）及催化剂或催化药剂载体用活性炭等。
5、机制炭
机制炭包括木质机制炭和竹质机制炭及其他生物质机制炭。俗称“炭棒”、“烧烤炭”。它的利用竹木材等生物质材料加工剩余物或碎炭，经粉碎、干燥、挤压成型、炭化等工艺过程制得的。是纯天然绿色环保产品，可代替传统木炭，用于烧烤取暖和水质净化等，对保护生态环境具有特别重要的意义。机制炭形状规则，结构合理，有统一长度和大小，中空或实心结构，利于燃烧和使用；不含化学物质，无毒无异味，无污染，燃烧时间长；无烟无炭头、燃烧无火花、燃烧期间残灰自然落下不飘起来、燃烧后残灰尘少、易燃。
6、竹炭纤维
竹炭纤维，是选用纳米级竹炭粉末，经过特殊工艺加入粘胶纺丝液中，加工成粒，再经过近似常规纺丝的纤维产品。竹炭纤维内镶嵌有纳米级竹炭，使得该功能纤维充分体现出了竹炭所具有的吸附异味、散发淡雅清香、防菌抑菌、遮挡电磁波辐射、发射远红外线、调节温度湿度等功效，对人体有保健作用。
用这种纤维可以制作医疗防护服、婴幼及孕妇防护服、床上用品、高档内衣面料、宾馆及家庭用品、车船等交通工具装饰用品，还可以做空气过滤用材、家用电器防电磁波辐射等。
7、“炭”与“碳”
炭=碳（无定形碳或石墨）+有机挥发分+水分。这就可以看出炭是以碳为主并包含多杂质的混合物。因此，应写“竹炭”而不是“竹碳”，其中含有“固定碳”而不是“固定炭”。
8、炭与“黑钻石”
竹材经高温热解后得到竹炭，其横切面具有光泽，表面光滑且没有裂缝和起皱，结构十分致密，敲打或摔落时较不易破碎且不易折断，且会发出铿锵的清脆金属声。其产品具有去污、除臭、抗菌、美容与美肤、隔热、释放远红外线、产生负离子等性能，可开发系列产品，为人类创造优质生活环境，故竹炭在日本和台湾享有“黑钻石”之称。
9、竹炭颗粒大小和目数
10、竹炭的元素组成
竹炭元素组成是竹炭性质的基础之一。它包括碳、氢、氧等元素和灰分。灰分是竹炭在高温氧化条件下，完全燃烧后，留下的各种无机物质的混合物。竹炭的元素组成含量由炭化最高温度而定，随着炭化最高温度的升高，竹炭中碳元素的含量增加，氢和氧的含量降低，灰分含量略有增加。
11、竹炭的基本理化性能指标
竹炭的基本理化性能主要包括竹炭的含水率、灰分含量、挥发分含量、固定碳含量、密度、比表面积、电阻率、pH值和热值等。
12、竹炭的含水率
竹炭中的水分通常有三种来源。一是生产过程中吸附的；二是在储运过程中吸附空气中的水蒸汽；三是在生产、储运过程中非正常的吸水（雨水、雪水等）。刚从窑体中取出的竹炭的含水率约为1—2%，在空气中稳定的含水率（平衡含水率）通常为10—10%。在许多的应用领域中竹炭的含水率是个重要的指标之一，因此竹炭成品的干燥与密封是个不容忽视的环节。在不同使用场合要求不同的含水率，作为烧烤燃料和导电材料的竹炭要求水分含量越低越好。而作为改良土壤的水分、调湿的竹炭要求水分含量就比较高。
13、竹炭的PH值
竹炭PH 值表示竹炭的酸碱性程度,竹炭的酸碱性随着炭化最高温度上升而由酸性向碱性变化。竹炭的PH值直接影响其吸附气体的种类、吸附值。
14、竹炭的密度
竹炭密度为单位体积的质量。由于竹炭是一种多孔性物质，他的密度同活性炭一样可分为以下3种：堆积密度，指在规定条件下，单位体积的竹炭，包括它的孔隙体积和颗粒间的孔隙在内的质量；颗粒密度，指在规定条件下，单位体积的竹炭，包括它的孔隙体积，但不包括颗粒之间的空隙的质量；真密度，指在规定条件件下，单位体积的竹炭，不包括空隙体积和颗粒间的空隙的重量。竹炭为无固定的长宽厚尺寸的固体物，不便于准确测定其长宽厚尺寸并计算其体积，故采用AG204型密度测定仪，所测得的密度为真密度。
15、竹炭的灰分
竹材中灰分含量较多，主要有磷、钾、硅、钙、铝、镁、铁、钠、钡、铜、锰等十种元素组成。这些元素物质在竹材热解过程中仍然存在竹炭之中而成为竹炭灰分。竹炭灰分含量一般随着炭化温度升高而略有增多。这主要是因为炭化温度升高，热解加剧，竹炭中的化学键进一步断裂，易与竹炭灰分中金属元素形成金属硫酸盐及硅酸盐等，因此竹炭灰分含量增加。不同竹材部位灰分含量也各不相同。这主要是由于竹材中竹青、竹黄、竹节中灰分含量各不相同，并且不同竹龄的竹材灰分含量变化不一，因而导致竹炭灰
分含量分布不均。
16、竹炭的挥发分
竹炭在高温下煅烧时生成二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氢气等气体，统称挥发分。随着炭化最高温度升高，挥发分含量急剧下降，这是由于温度越高，竹材炭化越充分，如二氧化碳、一氧化碳、甲烷等挥发分物质被挥发掉或参与二次反应而导致留在竹炭中的挥发分物质减少。不同部位竹材挥发分亦有差别，这主要是组成竹材的纤维素、半纤维素、本质素含量各不相同。
17、竹炭的固定碳
固定碳是指在高温下有效的碳元素的百分含量，在我国一般参照木炭的固定碳的计算方法，以竹炭绝干后的质量见区其灰分含量和挥发分含量来计算。其计算公式：
固定碳=100-（A+V）
式中：A—挥发分含量%； V—灰分含量%。
固定碳含量是衡量竹炭量的重要指标之一，它直接标志着竹炭的烧制水平。随着烧制温度的升，固定碳含量显著提高。这主要是因为炭化温度高，挥发性物质大量减少，而固定碳与挥发分含量又存在负相关性，所以固定碳含量增加。当温度升高到一定程度（如800℃）后，其固定碳含量增加变化很平缓，由此说明在烧制竹炭的过程中选择并控制好最高温度对提高和稳定竹炭质量是十分重要的。
18、竹炭的电阻
竹炭的电阻值和炭化温度有着亲切的关系，当竹材受热温度升高时，竹炭的电阻值降低，导电性增强，尤其是400℃~800℃之间变化更大，经试验我们发现在750℃~800℃时，电阻率出现了大幅度降低，之后变化趋稳。由此可见，在温度750℃附近竹炭电阻值有一个转折点。竹炭有片炭、颗粒炭和粉末炭之
分，应分别采用不同的测量方法。测量电阻的方法一般有充放电法、谐振回路法、电桥法等。
19、竹炭的精炼度
精炼度大日本木炭标准中用来测定木炭的炭化程度的一种方法，此项标准对指导生产与消费具有一定作用，常用精炼计来测定，它的原理是根据木炭电阻测定其炭化度，测定范围是100-108Ω，其指数0-8称为精炼度，109Ω以上的精炼度尾。炭化度越高，电阻值越小，精炼度值越小。一般炭化温度与精炼度有如下关系：
目前竹炭炭化程度也可参照木炭的精炼度来进行分等，精炼度高低同温度、挥发分、水分、灰分等因
素有关。
20、竹炭的热值
物质的热值指单位质量的燃料完全燃烧后冷却到原来的温度所放出的热量。竹炭的热值是作为烧烤或冶炼金属用炭时的一项重要的理化指标。它实际上体现了物质的储存能量的大小。
一般来说，竹炭的热值随着炭化终点温度升高而值增加。单位用焦耳/克（J/g）或卡/克（K/g）。21、竹炭的比表面积
竹炭的比表面积是指单位质量所占有表面积的大小。竹炭的孔隙是在高温炭化过程中，基本微晶的结构中除去部分的碳所产生的孔隙。竹炭孔隙性能常常决定吸附性能的大小，因此在产品销售时竹炭的孔径-孔隙分布及比表面积的性能常常列于产品说明书中，供用户参考。
22、炭板
竹炭具有良好的导电性，可作为屏蔽材料，将竹炭与树脂胶粘剂按一定的比例混合均匀，经成型和热压制成一定厚度、尺寸、密度的复合板。这种板保留了竹炭得一些功能，同时具有一定的阻燃性、耐磨性
和电磁屏蔽等功效。
23、纳米光触媒竹炭
纳米改性竹炭是将具有光催化性能的纳米材料TiO2（二氧化钛）经过特殊工艺负载到竹炭微孔壁上，使竹炭不仅保留了原来强有力的吸附性能而且利用纳米光催化材料TiO2在光的作用下杀死细菌、病
毒和将有毒、有害物质（如：甲醛、苯、甲苯、氨等）分解为二氧化碳和水。
24、竹炭和远红外线
红外光的波长可分为近红外（波长），中红外（波长）和远红外（波长50-300um）。产生远红外线必须具备两个条件：1.辐射应具有刚好能满足物质迁跃时所需能量；2.辐射与物质之间有偶合作用（相互作用），即物质分子有偶极矩的改变。从结构上看，竹炭是一种无定形碳，它的特殊微细构造符合产生红外线的条件，具体的大小应该经过检测为准。