生物质活性炭的制备及其性能的研究

姜威 王丹丹 胡官营 田成斌 朱宇婷

[摘要]实验以农业秸秆为原料，通过对秸秆先活化后炭化制备了一种高效、环保、低成本的吸附剂—生物质活性炭。主要对活化剂进行了选择并考察了料液比、炭化温度、活化时间等因素对印染废水吸附效果的影响。结果表明，用0.2mol/l的结晶硫酸镁溶液（分析纯）作为活化剂时，在料液比为1：3.3，活化时间为3h，炭化温度在400℃的制备条件下制得的吸附剂活性炭吸附效果最好，此时对印染废水的吸附率可达98.68%。

[关键词]农业秸秆；结晶硫酸镁；吸附

[中图分类号]TQ424.1 [文献标识码]A

引言

中国是一个农业大国，秸秆资源特别丰富，由此带来的秸秆污染问题也特别严重。随着工业上活性炭用量的逐渐增大，运用秸秆制得活性炭成为秸秆利用的主要研究方向。活性炭作为一种具有显著吸附性能、巨大比表面积、发达空隙结构和稳定的化学性质的吸附材料广泛应用于污废水处理。但直接采用秸秆制得的活性炭作为吸附剂处理印染废水的吸附效果并不明显。据资料显示，采用先活化后炭化的方法制得的生物质活性炭可以提高活性炭的吸附效果。因此，本实验通过对秸秆进行改性，制备出秸秆生物质活性炭，并考察了其对亚甲基蓝染料废水的吸附效果的影响。

1 实验仪器与试剂

（1）原料：农业秸秆

（2）主要仪器：FA2104型电子天平、UV1901PC型紫外可见分光光度计、S2.5-12型箱式电阻炉、PHS-3E型pH计、101-2A型电热鼓风干燥箱、SHA—C型水浴恒温振荡器、粉碎机。

（3）试剂：氯化锌固体、结晶硫酸镁（分析纯）、亚甲基蓝。

2 实验方法

2.1 吸附剂制备工艺

本实验采用先活化后炭化的方法制备生物质活性炭。将活化剂与农业秸秆按照料液比为1：3.3的比例混合，浸渍3h使其混合均匀。取其混合后样品放入400℃的马弗炉内进行炭化45min，待冷却后取出样品，得到吸附剂。用30mg/l的亚甲基蓝溶液模拟印染废水。

2.2 吸附效果的测定

用分光光度计测得生物质活性炭吸附后的亚甲基蓝溶液的浓度。不同浓度处理后的模拟的印染废水具有不同的吸光度。根据所测吸光度从标准曲线上查得废水中亚甲基蓝的含量，并计算其吸附效率。

3 实验结果分析

3.1 活化剂的选择

分别用0.2mol/l的氯化锌溶液、结晶硫酸镁溶液作为活化剂和没有活化的秸秆粉末，在炭化温度为400℃，活化时间为3h，浸渍比为1：3.3，pH为9的条件下制得吸附剂。通过对比吸附效果得到最佳吸附剂。氯化锌作为活化剂时的吸附率为97.65%，结晶硫酸镁（分析纯）作为活化剂时的吸附率为98.68%，无活化剂制得的活性炭吸附率为83.65%。由数据可得结晶硫酸镁（分析纯）作为活化剂时所制得的改性后的活性炭的吸附效果最好。

3.2 料液比对吸附效果的影响

在0.2mol/l的结晶硫酸镁（分析纯）溶液为活化剂，炭化温度为400℃，活化时间为3h，pH=9的条件下制得吸附剂。通过对比吸附效果，来确定最佳的原料配比。实验结果如图1所示。

由图1可以看出，随着原料中的秸秆比例增大，吸附率先增大后减小。在配比1：3.3之前，吸附效率随秸秆比例增大而增大，在1：3.3时吸附率达到最大值98.68%。在1：3.3之后，吸附效率随秸秆比例增加而减小。其主要原因是料液比增加含碳量也随之增大，在高温条件下促进孔隙的形成，但超过一定范围，吸附效果下降。因此，料液比确定为1：3.3。

3.3 活化时间对印染废水吸附效果的影响

在0.2mol/l的结晶硫酸镁（分析纯）溶液为活化剂，料液比为1：3.3，炭化温度为400℃，pH=9的条件下制得吸附剂。通过对比吸附效果，来确定最佳活化时间。实验结果如图2所示。

由图2可以看出，随着活化时间的增大，对印染废水吸附率先增大后减小。在活化时间达到3h时，吸附率达到一个最大值94.65%。其主要原因是活化时间越长，生物炭的比表面积越大，表面平整度越低，孔道数量越多，吸附性能越好，但时间越长，会将活性炭烧成灰，漂浮在废水上方，达不到那么高的吸附率。

3.4 炭化温度对吸附效果的影响

在0.2mol/l的結晶硫酸镁（分析纯）溶液为活化剂，料液比为1：3.3，pH=9，活化时间为3h的条件下制得吸附剂。通过对比吸附效果，来确定最佳的炭化温度。实验效果如图3所示。

由图3可得，随着炭化温度的增加，吸附率在不断上升，当炭化温度为400℃时，吸附效果是最好的。之后随着温度的升高，吸附效果逐渐下降。其主要原因是随着温度的升高，活性炭的空隙逐渐扩大，当炭化温度为400℃时孔隙半径达到最大，吸附效果最好。

4 结论

通过大量的实验数据和计算得出，用0.2mol/l的结晶硫酸镁（分析纯）作为活化剂，料液比为1：3.3，活化时间为3h，炭化温度为400℃时制得的吸附剂的吸附效果最好，吸附率达到98.68%。

（1）以结晶硫酸镁（分析纯）作为活化剂制得的生物质活性炭比没有改性的秸秆直接炭烧制得的活性炭的吸附效果好。

（2）通过对秸秆制备生物质活性炭有效地解决了农业秸秆资源的利用问题。

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