过期香口胶制备生物炭资源化利用的研究

时间：2024-07-28

李善得

（广州市环境保护技术设备公司广东广州 510030）

引言

香口胶是以天然树胶或甘油树脂为胶体基础，加入糖浆、糖精、色素、香料、抗氧化剂等调和压制而成，用于消除口腔异味，深受人民喜爱。由于香口胶也有保质期，对于过期的香口胶需要寻找合理有效的处理处置途径，避免重新流入市场影响香口胶的品牌声誉。过期的香口胶一般采用焚烧方式处理，直接把其转化为二氧化碳、水等。香口胶的主要成分多糖醛酸的钙、镁、钾盐，占香口胶重量的90%以上，属于有机高分子化合物。近年来，利用农业废弃物、市政污泥等制备生物质炭并开展相关的应用研究[1-7]获得关注，其主要也是因为其中含有高分子有机物，通过热解脱氢制备生物炭。将过期废弃香口胶通过热解脱氢制备生物炭有利于提高其使用价值，资源获得充分利用。

1 制备的方法和使用的仪器设备

1.1 主要仪器设备及原材料

程序升温炉（KJ-T1400-S12012LK，郑州），天平（FA2004，0.1mg，上海），过期废弃的香口胶，坩埚（100ml）。

1.2 制备过程

称取一定量的香口胶放入坩埚中，盖好盖子，然后采用锡箔纸包裹密封，设定一定的温度，按照一定的升温速率持续升温，保持一定的时间，自然降温到室温，称量前后重量的变化，获得最后生物质炭的重量。

生物质炭的重量=W0-W1-W2

W0：自然冷却后坩埚的总体重量，g

W1：自然冷却后坩埚的重量，g

W2：自然冷却后锡箔纸的重量，g

生物炭的产率=生物炭的重量/香口胶的总重量×100%

2 结果与分析

2.1 温度对生物炭得率的影响

温度对于香口胶的热解脱氢过程有着重要的影响，主要包括两个方面，一是热解的最高温度，一是热解的升温速率。表1和表2分别从热解升温速率和热解温度两方面对香口胶热解受温度影响进行了研究。

表1 不同升温速率对香口胶热解的影响

表1的实验条件为最终温度为300℃，不同的升温速率，温度达到设定温度时，需要继续保留1.5h。从表1中可以看出，随着升温速率的增加，生物炭的得率逐渐降低，但降低并不明显。这可能是由于随着停留时间的延长，更多的在热解的条件下被降解造成的。同时，从最终的产品来看，升温速率越快获得的生物炭的膨胀体积越大，空隙率也越高。这是由于升温速度快，有机物分解的快，短时间内产生气体将比较多，气体的快速膨胀导致最后生物质炭体积膨胀大，孔隙率高。

表2 最终温度对生物炭产率的影响

表2的实验条件是在不同温度条件下，以15℃/min升温，温度达到指定温度后，在保持2h后，然后自然降温获得的生物质炭产率。从表2可以看出，随着热解温度的升高，不同的条件下的生物炭的产率逐步降低。这是由于随着温度的升高，热解的速率不断增高，停留时间的越长，热解的量越多。同时实验中也发现，温度在250℃以下，无论时间停留多久，香口胶不能碳化，最终产品从外观观察变为褐色粘稠状液体，部分有碳化。250℃时，基本可以碳化，但不是很完全。

2.2 时间对生物炭产率的影响

时间对香口胶的碳化制备生物炭的影响见表3，热解温度为400℃。

表3 热解时间对碳化制备生物质产率的影响

从表3中可以看出，随着时间的延长，生物炭的产率不断的降低，这主要是由于随着时间的增加生物炭不断地被热解掉。而且研究发现热解温度越高，生物炭的产率越低。

2.3 密封性对生物炭得率的影响

香口胶热解制备生物炭是在厌氧条件下制备的，生物炭最后产率的高低与热解过程密封性有很大关系，表4给出了不同条件下密封性对生物炭产率的影响。热解时间为2h，热解温度为350℃。1号，2号和3号的实验条件分别为：1号先用锡箔纸把坩埚封起来，然后用针头往坩埚中冲入氮气1分钟，预计冲入氮气200毫升，其目的是把坩埚中的空气驱赶出来，在坩埚中保持缺氧状态；2号只用锡箔纸把坩埚封起来即可；3号坩埚用锡箔纸封起来之后，用针头往坩埚里冲入氧气1分钟，预计冲入氧气200毫升，其目的是把坩埚中的空气驱赶出来，使坩埚保持好氧状态。实验结果见表4。

表4 不同制备条件下对生物炭产率的影响

从表4中可以看出在不同的条件下生物炭的产率差别很大。在1号缺氧条件下生物炭产率最高，高达58.66%，生物炭产率是3号好氧条件下的26倍，可见氧的含量对生物炭的产率的影响是非常显著的。因此，在制备过程中热解过程的密闭性对于生物炭的产率有非常显著的影响。