核桃壳活性炭的制备及其在环境保护中的应用_余琼粉

2011年11月Nov．2011

化

学工业与工程CHEMICAL

INDUSTRY AND

ENGINEERING

第28卷Vol．28

第6期No．6

收稿日期：2011－06－28

基金项目：云南省科技厅应用基础研究面上项目。作者简介：余琼粉（1983－），女，云南曲靖人，博士，太阳能吸附制冷研究。

联系人：李明，电话：（0871）5517266，

E-mail ：lmllldy@126．com 櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓毄

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。专题综述

文章编号：1004－9533（2011）06－0063－05

核桃壳活性炭的制备及其在环境保护中的应用

余琼粉

1，2

，李明

1*

，宁平2，易红宏2，唐晓龙2，陈玉保

1

（1．云南师范大学太阳能研究所，云南昆明650092；2．昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650093）

摘要：介绍了农林废弃物核桃壳资源化的必要性，阐述了核桃壳制备活性炭的方法与进展，综述了核桃壳活性炭在废水处理和废气治理中的应用，提出了核桃壳活性炭在制备和应用方面的展望。在核桃壳活性炭制备方面，根据目标吸附质特点，在活化剂选择、加热方式选择和活性炭改性方面加强；在核桃壳活性炭应用方面，可加强核桃壳活性炭在水污染和大气污染控制方面的应用，为农林废弃物资源化利用提供一条出路，同时可有效防止环境污染，具有巨大的环境和经济效益。关键词：核桃壳；核桃壳活性炭；废水处理；废气处理中图分类号：TQ127.1

文献标志码：A

Preparation of Walnut-Shell Activated Carbon and

Its Application in Environmental Protection

YU Qiong-fen 1，2

，LI Ming 1*，NING Ping 2，YI Hong-hong 2，TANG Xiao-long 2，CHEN Yu-bao 1

（1．Solar Energy Research Institute ，Yunnan Normal University ，Kunming 650092，China ；

2．Faculty of Environmental Science and Engineering ，Kunming University of Science ＆Technology ，Kunming 650093，China ）

Abstract ：The necessity of agricultural wastes （walnut shells ）utilization was illustrated in this work．A number of preparation methods of activated carbon from walnut shell and their progress were carried out．The application of walnut-shell activated carbon in environmental protection was reviewed detailed in two aspects ，wastewater treatment and waste gas treatment．Moreover ，some aspects of preparing walnut-shell activated carbon and its application （wastewater treatment and waste gas treatment ）

should be

emphasized．As for walnut-shell activated carbon preparation ，according to characteristic of selected adsorbate ，selection of activating agent and heating method ，and modification of walnut-shell activated carbon should be enhanced．As for application of walnut-shell activated carbon ，it is necessary to use walnut-shell activated carbon in wastewater treatment and waste gas treatment．These corresponding efficient application methods were given to realize utilization of walnut shells ，prevent environmental pollution ，and then obtain considerable environmental and economic benefits．

Key words ：walnut shell ；walnut-shell activated carbon ；wastewater treatment ；waste gas treatment 有着“木本油料之王”称号的核桃具有极高的

营养价值和良好的医疗保健作用，位列世界4大干

化学工业与工程2011年11月

果之首。云南是中国的核桃主要产区，现已拥有核桃种植面积1832万亩，目前产量已超过30万t，约占全国产量的1/3、世界产量的16%，若取仁率按55%计算，则每年至少产生核桃壳13.5万t。2006年，云南省政府编制的《云南核桃产业发展规划》中指出，从2006年到2020年，云南核桃种植面积将每年增加400万亩，预计到2020年云南省核桃种植面积将达到5000万亩，产量将达100万t，如此一来将至少产生45万t的核桃壳，若将大量集中的核桃壳丢弃或焚烧，将造成资源的严重浪费。

目前，资源、能源危机和环境问题日益突出，如何处置利用农林废弃物已成为世界各国关注的焦点之一。人们对农林废弃物核桃壳的综合利用展开了研究，如从核桃壳中提取棕色素用于食品加工业。此外，核桃壳还可用作滤料、堵漏材料、生产抗氧化剂和活性炭等［1-3］。一般来说，绝大部分含碳物质均可用于制备活性炭，适宜制备活性炭的原料应是固定碳和挥发分含量较高而灰分较少的物质，而核桃壳正是一种固定碳和挥发分含量较高而灰分较少的含碳物质，将废弃的核桃壳用于制备活性炭的前景非常广阔［4-5］。

本论文就核桃壳活性炭的制备方法和核桃壳活性炭在环境保护中的应用展开讨论。

1核桃壳活性炭的制备方法

活性炭的制备包括炭化和活化2个过程，其中炭化过程的目的是为了去除原料中有机及挥发成分，得到适宜于活化的基本孔隙和具有一定机械强度的炭化料。炭化过程的实质是原材料中有机物的热解过程，包括热分解反应和缩聚反应［6］。活化过程的主要目的是利用活化剂与炭化料的相互作用，在碳基本孔道的基础上发展新的孔道和扩孔作用，以产生发达的孔隙结构，活化方式分为物理活化或化学活化2种方式。

物理活化多采用水蒸气［7-8］或二氧化碳［9］进行，马祥元等［10］以核桃壳为原料，采用水蒸气活化法制备核桃壳活性炭工艺。试验首先将核桃壳粉碎、干燥，在一定温度下进行炭化，炭化料加热到活化温度后通入水蒸气进行活化，活化后经酸洗、漂洗和干燥即得核桃壳活性炭。试验考察了活化温度、活化时间和水蒸气流量对活性炭的得率和吸附性能的影响，得到了最适宜工艺条件为：活化温度850ħ，活化时间90min，水蒸气流量0.45L/min，所制备的活性炭得率为20.07%，碘吸附值为1048.96mg/g，亚甲基蓝吸附值为120mL/g。Schr der等［7］将干燥后的核桃壳以10ħ/min的升温速率升至500 600ħ下进行炭化，炭化料于800 900ħ下水蒸气活化一定时间，所得核桃壳活性炭的比表面积可达1000 1300m2/g。González 等［9］以核桃壳为原料，采用2步物理活化法制备活性炭，对比了活化剂水和二氧化碳对活性炭性能的影响，并考察了不同活化剂时活化温度和活化时间对活性炭性能的影响。结果表明，活化剂对活性炭孔结构特征影响较大，相比而言，水蒸气活化制得的活性炭具有更大的N

2

吸附容量，且活化时间对活性炭中孔所占比例影响更大，二氧化碳活化所得的核桃壳活性炭具有发达的微孔结构。

化学活化法是利用化学活化剂使活性炭进一步炭化和活化，从而创造出更加丰富的微孔。常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物、无机盐类以及酸，目前应用较多且比较成熟的化学活化剂有氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、氯化锌和磷酸等。研究表明，氢氧化钾为活化剂时可制备出高性能活性炭，国内外学者在这方面做了大量研究工作［11-13］。Hu 等［14］以氢氧化钾为活化剂，将炭化料与一定浓度的氢氧化钾溶液混合后在隔绝空气的条件下活化，系统研究了活化温度、活化时间和碱碳比对活性炭微孔孔隙的影响，并将制得的活性炭在室温下进行苯吸附试验，并采用D-R方程、BET方程和Langmuir 方程计算了微孔孔容。结果表明，较高的活化温度、较长的活化时间和更高的碱碳比可以提高活性炭的吸附容量，但同时也使活性炭孔结构被扩宽。通过改变制备条件，可将活性炭的孔大小从超微孔范围（直径小于0.6nm）调整到极微孔（0.6 1.6nm）范围内，因此利用核桃壳可制得高吸附容量、大比表面积和窄孔径分布的优质活性炭。Martínez等［5］以橄榄核和核桃壳为原料，采用炭化和氢氧化钾活化法制备活性炭。将洗净干燥、破碎至1 3mm的原料至于马弗炉中于600ħ下氮气保护炭化1h，接着将炭化料分别与不同浓度的氢氧化钾溶液混合（质量分数为50%和75%），并将混合物于300ħ脱水干燥3h、900ħ活化1h，最终水洗、干燥即得活性炭。结果表明，橄榄核所制得的活性炭得率高于核桃壳所制得的活性炭得率，原材料、活化剂浓度和活性炭粒径均会影响活性炭的碘吸附值，质量分数为75%

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