花生壳活性炭研究进展_徐涛

　花生学报　2007,36(3):1～4

　J ournal o f Peanut S cience,V ol.36,N o.3,2007

　文章编号:1002-4093(2007)03-0001-04

花生壳活性炭研究进展＊

徐　涛,刘晓勤

(南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009)

摘要:对由花生壳作为原料制备活性炭的研究现状进行了综述,说明了不同活化工艺对活性炭孔结构及

表面化学性质的影响,着重介绍了磷酸法活化制备花生壳活性炭的工艺及活化机理。对花生壳活性炭

应用的研究现状做了综述,指出了在我国采用花生壳作为原料制备活性炭的优势和在废水处理方面的

应用前景。

关键词:花生壳;活性炭;磷酸活化法;废水处理

中图分类号:S565.2　O647.33 文献标识码:A

The Research Advances of Activated Carbon Made from Peanut Shells

XU Tao,LIU Xiao-qin

(State Key Lab.of M aterials-oriented Chemical Engineering,Nanjing Uni.of Technology,Nanjing210009,China)

A bstract:T he current status of activ ated carbo n made fr om peanut shell and the cur rent applica tion situa tion are re-viewed.T he influence o f different process conditio ns on the po re structure and the surface chemical character s of the peanut shell ba sed activated car bo ns have been e lucida ted.T he pho sphoric acid activ ation process fo r preparing pea-nut shell ba sed activ ated carbon and its mechanism a re also addressed.T he applica tion pro spect of peanut shell based activated ca rbon in wastew ater treatment and the advantages o f planting activated carbon from peanut shell in o ur co untr y ar e pointed out.

Key words:peanut shell;activated ca rbo n;pho spho ric acid ac tivatio n;w astew ater treatment

花生是我国主要的油料作物和传统的出口农产品,其总产量和出口量均居世界首位[1]。2005年我国花生年总产量达14500kt以上[2],占世界花生总产量的42%,每年约可产4500kt花生壳[3]。这些花生壳除少部分被用作饲料外,绝大部分被白白烧掉,造成了资源的极大浪费。花生壳约占花生质量的30%,其中主要含半纤维素和粗纤维素,两者约占花生壳质量的75%～80%,此外还含蛋白质,粗脂肪,碳水化合物等营养物质。从元素含量来看,花生壳主要由碳、氢、氧等元素组成,此外还含有少量的氮、磷、钾、钙、镁、锰、锌等[4]。此外,花生壳中还含有如木糖、木质素[5]等药用成分,经过化学方法处理后可提取如糠醛[6]、菲丁[7]、葡萄糖等化学原料。因此,许多科研工作者对花生壳的开发利用作了大量研究以提高花生壳的利用价值。其中将花生壳作为原料经过碳化、活化等工艺制备各类活性炭的研究成为热点。研究人员将花生壳活性炭应用于液相吸附的各个方面,取得了可喜的进展。

活性炭(Activ ated 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素材料。作为一种性能优良的吸附剂,活性炭材料化学性质稳定、机械强度高、耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂且可以再生利用,已经被

＊收稿日期:2007-05-15

作者简介:徐涛(1981-),男,江苏常州人,南京工业大学,博士,主要从事生物质活性炭的制备及吸附方面研究。

2 花　生　学　报 36卷　

广泛用于气体液体的分离精制、资源回收等各个方面[8],特别是在环境保护领域(如废水净化处理)有广泛的发展空间[9]。用花生壳制备活性炭的工艺早在二十世纪90年代中期就有报道。Peria-samy K.等[10～13]用花生壳作为原料制备了活性炭用于吸附水中的H g(II)、Pb(II)、Ni(II)和Cu (II)等重金属离子,取得了一定的研究进展。2001年美国农业部南方地区研究中心报道了一种由核桃壳和花生壳制备活性炭的方法[14]。该活性炭比表面积为1200～1500m2/g,用于从溶液中去除重金属,其吸附能力为普通活性炭的3～4倍。该项研究成果的问世引起了各国研究人员的广泛关注。从2001年到2006年,围绕花生壳活性炭的制备工艺及应用,相继出现了一系列的研究报道,本文就国内外花生壳活性炭的制备和在吸附方面应用两方面的研究现状进行概述。

1　花生壳活性炭制备方面的研究现状

生产活性炭的方法主要分为物理活化法和化学活化法。由于花生壳和其它木质原材料一样,主要成分是木质素和纤维素,所以花生壳活性炭的生产工艺和其它木质活性炭一样,主要是化学法,包括磷酸活化法,氯化锌活化法,氢氧化钾活化法和其它化学品活化法。目前研究比较成熟的是氯化锌活化法和磷酸活化法。氯化锌活化法是成熟工艺,应用较早,优点是工艺简单,操作方便,原料利用率高,产品脱色率高等。但也存在环境污染,氯化锌回收困难,成本高等缺陷。采用磷酸作为活化剂制备活性炭可以克服氯化锌活化工艺的缺点,但也存在对装置要求高(通常需要耐高温磷酸腐蚀的理想材料),制备出的活性炭灰分普遍较高等问题,影响该工艺的工业规模生产和应用推广。两种活化工艺各有优势,因此国内外研究人员在利用花生壳制备活性炭的过程中均对上述工艺有所研究,取得了一定进展。　

杨性坤等[15]采用ZnCl2、H3PO4作为活化剂,采用经预处理提取菲丁和糠醛后的花生壳酸性残渣为原料,探讨了制备活性炭的工艺条件。结果表明,在活化剂浓度相同的情况下,ZnCl2活化工艺活性炭的收率高于H3PO4活化工艺。同时以活化剂ZnCl2质量浓度为5%～25%,活化时间为1～5h,活化温度为450℃～650℃等因素为条件进行了实验,得出当活化温度为650℃,活化剂ZnCl2溶液浓度为15%,活化时间为4.5h时可制得亚甲基蓝脱色力最强的活性炭。此外采用一步法,即炭化活化工艺合并的方法从生产成本和产品性能上讲比较适合花生壳活性炭的生产。孔海平等[16]采用氯化锌活化法,以花生壳为原料制备了高性能的花生壳活性炭,并通过正交实验得出了该活化法制备活性炭的最佳工艺条件,即花生壳原料与氯化锌溶液(质量浓度为60%)质量比为1∶2.5,活化温度为600℃,活化时间为1.5h,在该工艺条件下制得的花生壳活性炭具有较高的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值。Badie S.Girgis等[16]研究了以花生壳为原料,采用磷酸、氯化锌、氢氧化钾和水蒸气为活化剂,经一步法生产活性炭的工艺。对各种工艺条件下制备得到的活性炭的比表面积、孔径分布等方面的性质进行了重点研究。结果表明,氯化锌活化法制得微孔丰富的活性炭;氢氧化钾和水蒸气活化法一样,可制得中孔比较发达的活性炭,且随着活化温度的增加(700℃～950℃),活性炭的收率大为降低,600℃水蒸气活化法可在保证收率较高的情况下得到中孔发达的活性炭;在不断增加磷酸和花生壳原料配比的情况下可制得微孔丰富、高比表面积和总孔容积的活性炭,并且比率为1.0时达到最大。同时他们还指出,磷酸活化的活性炭具有很强的亚甲基蓝脱色力,而氢氧化钾活化的活性炭的亚甲基蓝脱色力最弱。Luis C.Rome ro等[17]采用磷酸活化法制备花生壳活性炭用于去除水中苯酚、亚甲基蓝和单宁酸等有机物。活化剂磷酸质量浓度为40%,活化剂和花生壳质量比为0.9,活化温度为500℃,活化时间为1.5h。制得的活性炭比表面积为1735m2/g,总孔容(P/P0=0.95)为1.12,微孔容积为0.91,该活性炭微孔发达,且在有机物浓度较低的条件下显示出了良好的吸附特性。