全 文 ：第 27卷第 1期
2007年 2月
林　产　化　学　与　工　业
Chem istry and Indus try of Fo res t Products
Vo.l 27 No. 1
Feb. 2007
微波氯化锌法马占相思木材剩余物制备活性炭
　　收稿日期:2005 - 05 - 08
　　作者简介:陈丛瑾(1970 -),女 ,湖北咸宁人 ,讲师,从事林产化工的教学 、科研。
CHEN Cong-jin　　
陈丛瑾 , 黎 跃 , 赵兰线
(广西大学化学化工学院 , 广西 南宁 530004)
摘　要:　以马占相思木材剩余物为原料 , 研究用微波辐射氯化锌法制备活性炭的可行性。探讨
了微波辐射氯化锌法在微波功率 900W、氯化锌溶液质量分数 50%的条件下锌屑比 、氯化锌溶液
的 pH值及微波辐射时间对产品得率 、亚甲基蓝吸附值的影响。得到了微波辐射氯化锌法制备活
性炭的最佳工艺:锌屑比 2. 5∶1、氯化锌溶液 pH值为 1、微波辐射时间 6m in, 用此工艺制得的活性
炭得率为 47. 5%, 产品的亚甲基蓝吸附值达 12. 9 mL /0. 1 g,是国家一级品标准(GB /T 13803. 2 -1999)的 1. 43倍 ,该产
品对 C r6+的吸附量为 9. 974 m g(以 1 g活性炭计 , C r6+溶液 pH值 4. 0,质量浓度 50m g /L)。
关键词:　马占相思木材剩余物;微波辐射;氯化锌;活性炭
中图分类号:TQ424. 19;O532. 23　　　　　　文献标识码:A　　　　　　文章编号:0253 -2417(2007)01 - 0101 -03
S tudy on Preparation of Activated Carbon from
Timber Surp lus ofAcacia mang ium W illd.
CHEN Cong-jin, LI Yue, ZHAO Lan-xian
(Co llege of Chem istry and Chem ical Enginee ring, Guangxi University, Nann ing 530004, Ch ina)
Abstrac t:Fea sibility o f p repa ring activa ted carbon from tim be r su rplu s ofAcacia mangium . w ith ZnC l2 by m icrow ave irrad ia tion
w as studied. The effe cts o f the ra tio byw e ight of ZnC l2 to tim be r surp lus ofA. mangium , m icrow ave irrad ia tion time and pH va lue
o f ZnC l2 so lu tion on the qua lity of ac tivated ca rbon we re investigated. Under the cond ition of m icrow ave powe r 900W and ZnC l2
so lution concentration 50%, the optimum techno logy on prepa ra tion o f activa ted ca rbon w ith ZnC l2 by m icrowave irrad ia tion w as
obta ined. The m ass ra tio of ZnC l
2
to tim be r surp lus o fA. mangium 2. 5∶1, m icrowave irradia tion tim e 6 m in, pH va lue o f ZnC l
2
so lution 1. The yie ld of activa ted carbon w as 47. 5% and me thy lene blue adsorp tion was 12. 9 mL /0. 1 g which w as 1. 43 tim es o f
the level specified for the first grade in GB /T 13803. 2 - 1999 standa rd. The product wa s used for treatm ent of C r6+ so lution
(pH value 4. 0, concentration 50m g /L), Cr6+ adso rption was 9. 974 mg /g activ ated ca rbon.
K ey words:timber surp lus o fAcacia mangium W illd. ;m icrow ave irrad iation;ZnC l2;ac tivated carbon
活性炭是具有发达的孔隙结构 、巨大的比表面积和优良的吸附性能的含碳物质。它具有吸附 、催
化 、使物质在其孔隙内积聚 、保持和碳及其基团同其他物质的反应能力等 ,并保持物理 、化学上的稳定
性 。活性炭在几乎所有的领域都获得了广泛的应用 [ 1] 。在传统的活性炭生产工艺中 ,是从原料外部开
始由表及里地进行加热 ,需经过相当长的工艺时间 ,才能完成预热 、干燥 、炭化 、活化 4个工艺过程 ,形成
微孔。活性炭产品受工艺技术的限制 ,其优质率 、合格率不高 ,生产能耗较大 [ 2] 。微波加热为内部加热
方式 ,不需要热传导的过程 ,内外同时加热 ,因此能在短时间内达到加热的效果 ,加热均匀 。常规加热 ,
容易产生外焦内生现象。而微波加热 , 均匀性大大改善 ,热效率极高 ,节能高效 。相思树属豆科植物 ,
它能与根瘤菌共生固氮 ,培肥土壤 ,维持森林生态系统的平衡 [ 3] 。马占相思(Acaciamang ium W illd. )原
产澳大利亚 。该树种速生 ,树形直 ,尖削度小 ,出材率高;木材密度与硬度适中;心材宽 ,呈浅褐色或褐
色 ,花纹美观 。已有众多国家产生了引种栽植的兴趣 ,先后成功建立了马占相思试验林地 ,试验林普遍
生长良好。我国于 1979年引种 ,发展也很快 ,种植面积已达 6. 66万 hm2 ,而且 ,还有持续发展趋势[ 4] 。
目前 ,马占相思木材剩余物主要用作薪材 ,为使其得到合理 、高效的利用 ,作者采用正交试验法研究了微
102　 林　产　化　学　与　工　业 第 27卷
波辐射马占相思木材剩余物氯化锌法制取活性炭的工艺 [ 5-7] 。
1　材料及方法
1. 1　试验原料 、试剂及仪器
原料:广西高峰林场马占相思试验林木材剩余物———废材 、枝桠 ,自然风干后备用。试剂:37%盐
酸 、氯化锌 、硫酸锌 、98%硫酸 、纯碱 、亚甲基蓝 (HGB 3394)、磷酸氢二钠 (N a2HPO 4 12H 2O)(GB /T
1263)、磷酸二氢钾 (GB /T 1274)、磷酸 、二苯碳酰二肼 (C13H14N4O)、重铬酸钾 (K2C r2O7)、丙酮 ,均为分
析纯。仪器:JZ-7114粉碎机 、WD900SL23-2型格兰仕微波炉 、HY-2型调速多用震荡器 、16C14型 721
分光光度计 、101A -3型电热鼓风干燥箱 、AB204-N型电子天平。
1. 2　试验方法
1. 2. 1　工艺过程　制备活性炭采用的工艺过程如下:
先将风干马占相思废材 、枝桠砍碎再用 JZ-7114粉碎机粉碎 ,选取粒度 1. 7 ～ 0. 38mm的木屑粉
(按 GB 2677. 2 - 1981标准测定水分含量为 16. 01%)进行试验。将马占相思木屑与 50%(质量分数 ,
下同)ZnC l2溶液按方案所示混合 ,浸渍 24 h后用微波炉 (功率 900W )使之炭化和活化 5 ～ 7m in。对辐
射后的产品进行酸洗 、漂洗 (使物料的 pH值接近 7)、抽滤 、烘干 ,最后得到活性炭产品。
1. 2. 2　活性炭产品的亚甲基蓝吸附值的测定　采用 GB /T 12496. 10 -1999标准。
1. 2. 3　水中 C r6+含量的测定　采用二苯碳酰二肼分光光度法 [ 8] 。活性炭对 C r6+的吸附量的测定采用
静态吸附法 [ 9-10] 。将活性炭用 10%的稀硫酸浸泡 24 h后水洗至中性 ,在 110℃下烘干备用;称取
0. 500 g预处理的活性炭于 250mL锥形瓶中 ,加入 100mL 50mg /L、 pH值 4. 0的 C r6+溶液 ,振荡吸附
30m in后过滤 ,测定滤液中 C r6+含量。活性炭吸附的 C r6 +量按下式计算:
活性炭吸附 C r6+量 =(吸附前水中 C r6 +量 -吸附后滤液中 C r6+量 ) /活性炭质量
表 1　正交试验结果
Table 1　Results o f o rthogona l test
试验号
tes tNo.
A
m(ZnC l2)∶m(木屑)
m(ZnC l2)∶m(sawdust)
B
pH值
pH va lue
C
辐射时间 /m in
irrad iation tim e
得率 /%
yield
亚甲基蓝吸附值
/(mL 0. 1 g- 1)
m ethy lene b lue adsorp tion
1 2∶1 1 5 46. 8 8. 9
2 2∶1 2 6 51. 2 8. 6
3 2∶1 3 7 62. 4 6. 0
4 2. 5∶1 1 6 47. 5 12. 9
5 2. 5∶1 2 7 48. 4 12. 1
6 2. 5∶1 3 5 51. 6 8. 9
7 3∶1 1 7 41. 2 10. 1
8 3∶1 2 5 50. 9 9. 4
9 3∶1 3 6 53. 1 7. 0
k1)1 53. 5 45. 2 49. 8
k2 49. 2 50. 2 50. 6
k
3 48. 4 55. 7 50. 7
R 5. 1 10. 5 0. 9
k′2)1 7. 8 10. 6 9. 1
k′2 11. 3 10. 0 9. 5
k′3 8. 8 7. 3 9. 4
R′ 3. 5 3. 3 0. 4
　1)得率 yield;2)亚甲基蓝吸附值 m ethy lene b lue adsorption
1. 2. 4　正交试验　根据微波
辐射 ZnC l2法制备活性炭的特
点 ,经过初步试验研究 ,选定对
活性炭性能影响较大的锌屑
比 、ZnC l2溶液的 pH 值 、微波
辐射时间作为试验的 3个因
素 ,每个因素选取 3个水平 ,采
用正交试验法 ,选用 L9(34)正
交设计表[ 11] ,通过正交试验对
制备活性炭的工艺条件进行优
化 ,并测定最佳试验条件下的
产品对 C r6+的吸附量。
2　结果与分析
2. 1　正交试验结果
　　由表 1可以看出 , 采用
ZnC l2微波法制备活性炭 , 不
同制备工艺条件制得的活性炭亚甲基蓝吸附值性能相差较大 ,各因素对活性炭产品影响大小也不同。
第 1期 陈丛瑾 , 等:微波氯化锌法马占相思木材剩余物制备活性炭 103　
在所设计的 9组试验中 ,产品活性炭的亚甲基蓝吸附值只有第 3组不达国家二级品标准 ,其余都达到或
超过国家二级品标准 (GB /T 13803. 2 -1999),其中有 4组产品活性炭的亚甲基蓝吸附值达到或超过国
家一级品标准 ,最大值可达到 12. 9mL /0. 1 g,是一级品的 1. 43倍 ,二级品的 1. 84倍 ,此时活性炭产率
为 47. 5%。各最佳水平按因素主次顺序排列为:亚甲基蓝吸附值 A 2 >B1 >C2;得率 B3 >A1 >C3。分析
各因素最佳水平顺序 ,既考虑活性炭的吸附性能 ,又兼顾活性炭的得率 ,可以得到在微波功率 900W 、
50% ZnC l2溶液条件下的最佳工艺:A2 B1C2 ,即锌屑比 2. 5∶1, ZnC l2溶液 pH值 1,辐射时间 6m in。在
此条件下制得的活性炭产品亚甲基蓝吸附值达 12. 9mL /0. 1 g,得率为 47. 5%,见表 1。
表 2　试验方差分析
Table 2　Test variance analysis
方差来源
sou rces of
varian ce
离差平方和
sum of squares
of deviations
自由度
degree of
f reedom
平均平方和
m ean sum
of squares
F
显著性
significance
A1) 44. 75 2 22. 34 0. 88
B 166. 57 2 83. 29 3. 28
C 1. 51 2 0. 6 0. 03
E 50. 77 2 25. 4
A′2) 19. 11 2 9. 56 239 **
B′ 18. 95 2 9. 48 237 **
C′ 0. 31 2 0. 16 4
E′ 0. 07 2 0. 04
F 0. 05(2, 2)=19 F 0. 01(2, 2)=99 F0. 1(2, 2)=9
　1)得率 y ield;2)亚甲基蓝吸附值 methylene b lue ad sorp tion
2. 2　方差分析
方差分析结果见表 2。由表 2可知 ,
在微波功率 900W 、50% ZnC l2溶液条件
下 ,锌屑比 、ZnC l2溶液 pH值对产品亚甲
基蓝吸附值的影响极显著 ,但对产品得率
影响均不显著;而微波辐射时间对产品亚
甲基蓝吸附值和产品得率影响均不显著。
2. 3　活性炭对 Cr6 +的吸附量
试验条件下的最佳工艺 4号试验制得
的活性炭用于处理 50mg /L pH值 4. 0的
C r
6+溶液 ,吸附 C r6+量为 9. 974mg(以每
克活性炭计 )。
3　结 论
3. 1　试验结果表明 ,以马占相思木材剩余物为原料 ,在一定工艺条件下 ,采用微波辐射氯化锌法可制成
活性炭 。在微波功率 900W 、ZnC l2溶液质量分数 50%条件下 ,锌屑比对产品亚甲基蓝吸附值的影响最
大 ,氯化锌溶液的 pH值次之 ,微波辐射时间最弱;而 ZnC l2溶液的 pH值对产品得率影响最大 ,锌屑比
次之 ,微波辐射时间最弱。
3. 2　微波辐射 ZnC l2法马占相思木材剩余物制备活性炭的最佳工艺:锌屑比 2. 5∶1, ZnC l2溶液 pH
值 1 ,微波辐射时间 6m in。在此条件下制备活性炭得率为 47. 5%, 产品的亚甲基蓝吸附值达
12. 9mL /0. 1 g,是国家一级品标准(GB /T 13803. 2 - 1999)的 1. 43倍 。
3. 3　马占相思木材剩余物在本试验最佳工艺条件下制得的活性炭对 50mg /L、pH值 4. 0的 C r6+溶液
中的 C r6+吸附量为 9. 974mg(以每克活性炭计 )。
致 谢:本论文得到导师黄克瀛教授的审阅 , 谨表谢意。
参考文献:
[ 1]古可隆.活性炭的应用(一) [ J] .林产化工通讯 , 1999, 33(4):37-40.
[ 2]张利波 ,彭金辉 ,张世敏 ,等.微波辐射烟杆氯化锌法制造活性炭工艺 [ J] . 安全与环境学报 , 2004, 4(2):51-53.
[ 3]黄宝灵 ,吕成群 ,韦原莲 ,等.不同根瘤菌对马占相思苗木的影响———苗木的结瘤状况 、生物量 、叶片和土壤中营养元素含量及其相关
分析 [ J] . 中南林学院学报 , 2004, 24(2):33-36.
[ 4]林绍奕 ,黄麟锋 ,刘 磊. 马占相思的优化利用 [ J] . 林产工业 , 2000, 27(4):6-9.
[ 5]樊希安 ,彭金辉 ,秦文峰 ,等. 微波辐射处理竹节废料制备活性炭研究 [ J] . 林产化学与工业 , 2003, 23(3):56-60.
[ 6]彭金辉 ,杜青山.微波辐照下氯化锌法制取优质活性炭 [ J] .林产化学与工业 , 1997, 17(4):81-82.
[ 7]彭金辉 ,樊希安 ,王 尧 ,等. 微波辐射竹节磷酸法制备活性炭的研究 [ J] .林产化学与工业 , 2004, 24(1):91-94.
[ 8]奚旦立 ,孙裕生 ,刘秀英.环境监测 [M ] .北京:高等教育出版社 , 1996:387-389.
[ 9]黄华英.木质颗粒活性炭吸附 C r(Ⅵ )的工艺条件 [ J] .福建林业科技 , 1995, 22(4):26-32.
[ 10]何争光.活性炭吸附 C r6+最佳工艺条件及装置的研究 [ J] . 郑州工学院学报 , 1995, 16(2):79-84.
[ 11]袁志发 ,周静芋.试验设计与分析 [M ] .高等教育出版社 , 2000:292-296.