全 文 ： 用马占相思木材废料制备活性炭
陈丛瑾 1 ,黎　跃 1 ,韦龙宾 2
( 1.广西大学化学化工学院 ,广西 南宁 530004; 2.广西林业干部学校 ,广西南宁 530004)
[摘　要 ] 以马占相思木材废料为原料 ,研究了利用微波辐射磷酸法制备活性炭的可行性。 探讨了微波辐射磷酸法在微波功率 900
W,质量分数为 45%磷酸溶液的条件下磷屑比、浸渍时间及微波辐射时间对产品得率、亚甲基蓝脱色能力的影响。 得出了该试验条件
下微波辐射磷酸法制备活性炭的最佳工艺:磷屑比 2. 5∶ 1、浸渍时间 36 h、微波辐射时间 12 min , 用此工艺制得的活性炭得率为
48. 2% ,产品的亚甲基蓝脱色力为 81 mL /g,达到国家二级品标准 ( GB /T 13803. 2-1999)。
[关键词 ] 马占相思木材废料 ;微波 ;磷酸 ;活性炭
[中图分类号 ] S727. 3; TQ424. 1+ 4　　　　 [文献标识码 ] A　　　　 [文章编号 ] 1003- 8981( 2005) 04- 0051- 03
Manufacture of Activated Carbon from the Timber Surplus
of Acacia mangium
CHEN Cong-Jin
1 , LI Yue
1 ,WEI Long-Bin
2
( 1. Chemist ry and Ch emical Engineering Colleg e, Guangxi Univ er sity, Nanning 530004, Guangxi, China;
2. Guangxi Gadre School of Fo restr y, Nanning 530004, Guangx i, China)
Abstract: Feasibility o f a ctiva ted carbon prepa ra tion fr om timber surplus o f Acacia mangium with H3 PO4 solution by
micr ow ave ir radiation was studied. The effect o f the weight propor tion o f the H3 PO4 so lution and timber surplus, im-
pregna ting time and mic rowave irr adiation time on the ac tiv a ted ca rbon yield and Methy lene blue adsorption we re ana-
ly zed on the condition that the microwave pow er w as 900 W and concent ration of H3PO4 so lution w as 45% . The re-
sults show ed the best techno log y on prepa ration activ ated ca rbon w as tha t a t the weight propo rtion o f th e H3 PO4 so lu-
tion and timbe r surplus wa s 2. 5∶ 1, th e impregna ting tim e w as 36 h and micr ow ave irradia tion time w as 12 min, the
activ ated ca rbon yield r each ed 48. 2% and the capacity fo r methylene blue adso rption was 81 ml /g on the condition o f
that. The products had me t the secondar y lev el of national standard ( GB / T 13803. 2-1999) .
Key words: timber surplus of Acacia mangium ; mic row ave; H3 PO4; ac tiv a ted 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、保持和
碳及其基团同其他物质的反应等能力 ,并具有物理、化学上的稳定性。活性炭在各个领域都获得了广泛地应
用 [1 ]。在传统的活性炭生产工艺中 ,原料被由表及里进行加热 ,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 ,加热均匀 ,因此能在短时间内达到加热
的效果。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 [3～ 4 ]。 相思树
Acacia树种属豆科植物 ,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。 马占相思 Acacia
mangium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 [5～ 7 ]。目前 ,马占相
思木材废料主要用作薪材 ,为使其得到合理、高效地利用 ,笔者采用正交试验法研究了微波辐射马占相思木材
经济林研究　 2005, 23 ( 4): 51-53
Nonwood　 Forest　Research 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[收稿日期 ] 2005-05-27
[作者简介 ] 陈丛瑾 ( 1970- ) ,女 ,湖北咸宁人 ,讲师 ,主要从事林产化工的教学、科研工作。
DOI : 10. 14067 /j . cnki . 1003 -8981. 2005. 04. 014
废料磷酸法制取活性炭的工艺 [ 8～ 11 ]。
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废料 ,自然风干后备用。
试剂: 37%盐酸、磷酸、纯碱为工业级 ,亚甲基蓝、磷酸氢二钠 、磷酸二氢钾为分析纯。
仪器: JZ-7114粉碎机 , WD900SL23-2格兰仕微波炉 , HY-2型调速多用震荡器 , 721型分光光度计 , 101A-
3型电热鼓风干燥箱 , FA /JA型电子天平。
1. 2　试验方法
图 1　微波辐射磷酸法制备活性炭工艺流程
　　 ( 1)制备活性炭采用的工
艺流程如图 1所示。先将风干
的马占相思木材废料砍碎 ,再
用 JZ-7114粉碎机粉碎 ,使过
10目筛 ,再用 40目筛筛选 ,选
取不过 40目筛的木屑粉 (采用 GB2677. 2-81标准测定水分含量为 16. 01% )试验。将马占相思木屑与 45% (质
量分数 ,下同 )磷酸溶液按表 1正交试验方案混合、浸渍后 ,用微波炉 (功率 900 W)使之炭化和活化 8～ 10 min。
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。
( 2)活性炭产品的亚甲基蓝脱色力的测定 ,采用 GB / T12496. 10-1999标准。
( 3) 根据微波辐射磷酸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磷屑比、
浸渍时间、微波辐射时间作为试验的 3个因素 ,将每个因素选取 3个水平 ,选用 L9 ( 34 )正交设计表 [13 ] ,通过正
交试验对制备活性炭的工艺条件进行优化。
2　结果与讨论
2. 1　正交试验结果
表 1　正交试验结果
试验号 A磷屑比 B浸渍时间 /h C辐照时间 /min 得率 /% 亚甲基蓝脱色力 /( ml· g- 1 )
1 2∶ 1 24 8 44. 6 41
2 2∶ 1 36 10 45. 8 60
3 2∶ 1 48 12 43. 0 78
4 2. 5∶ 1 24 10 40. 4 62
5 2. 5∶ 1 36 12 48. 2 81
6 2. 5∶ 1 48 8 40. 1 44
7 3∶ 1 24 12 41. 8 77
8 3∶ 1 36 8 39. 5 31
9 3∶ 1 48 10 44. 8 62
　　由表 1可以看出 ,采用微波辐射磷酸法制备活性炭 ,不同制备工艺条件制得的活性炭亚甲基蓝脱色力性能
相差较大。在所设计的 9组试验中 ,产品活性炭的亚甲基蓝脱色力最大值达到 81 mL /g ,达到国家二级品标准
( GB /T 13803. 2-1999) ,此时产率为 48. 2%。为了判断所选的 3个因素对活性炭性能所产生影响的强弱程度 ,
并确定最佳工艺条件 ,采用极差分析和方差分析对活性炭产品的亚甲基蓝脱色力和得率进行考查。
2. 2　 极差分析
极差分析结果如表 2所示。
由表 2可看出 ,各最佳水平按因素主次顺序排列为: 亚甲基蓝脱色力 C3> A2> B3 ;得率 C3> A1> B2。 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 ,可以得到在本试验条件下的最佳工艺:
A2B2 C3 ,即磷屑比 2. 5∶ 1,浸渍时间 36 h,辐射时间 12 min。在此条件下制得活性炭产品的亚甲基蓝脱色力达
81 m L /g,达到国家二级品标准 ( GB /T 13803. 2-1999) ,得率为 48. 2% (见表 1)。
52　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　经　　济　　林　　研　　究　　　　　 　　　　　　　　　　　第 23卷　
表 2　极差分析
水平 A B C
11) 22) 1 2 1 2
K 1 179 133. 4 180 126. 8 116 124. 2
K 2 187 128. 7 172 133. 5 184 131. 0
K 3 170 126. 1 184 127. 9 236 133. 0
k1 597 44. 47 600 42. 27 387 41. 40
k2 623 42. 90 573 44. 50 613 43. 67
k3 567 42. 03 613 42. 63 787 44. 33
R 56 2. 44 40 2. 23 400 2. 93
　　　 1)亚甲基蓝脱色力 /( m L· g- 1 ) ; 2)得率 /% ;表 3同。
2. 3　方差分析
方差分析结果见表 3,由表 3可知: 在该试验
条件下 ,磷屑比、浸渍时间对产品亚甲基蓝脱色力
和得率影响都不显著 ;微波辐射时间对产品亚甲
基蓝脱色力影响显著 ,但对得率影响不显著。
3　结　论
( 1)试验结果表明 ,以马占相思木材废料为原
料 ,在一定工艺条件下 ,采用微波辐射磷酸法可制
成活性炭。
( 2)在微波功率为 900 W ,磷酸溶液质量分数为 45%的条件下 , 微波辐射时间对产品亚甲基蓝脱色力的影
响显著 ,但对产品得率影响不显著 ;而磷屑比、浸渍时间对产品亚甲基蓝脱色力和得率的影响均不显著。
表 3　方差分析
方差来源 平方和
2 1
自由度
2 1
均方
2 1
F†
2 1
显著性
2 1
A 0. 48 913 2 2 0. 24 457 1. 5 0. 24 不显著 不显著
B 0. 25 861 2 2 0. 13 431 0. 81 0. 23 不显著 不显著
C 24. 14 1419 2 2 12. 07 710 75. 44 0. 38 显著 不显著
误差 0. 31 3745 2 2 0. 16 1873
　　　　　　† F0. 05 ( 2, 2)= 19
　　 ( 3)在上述微波功率、磷酸溶液条件下 ,微波辐射磷酸法制备活性炭的最佳工艺:磷屑比 2. 5∶ 1,浸渍时间
36 h ,微波辐射时间 12 min。 在此条件下制备活性炭 ,活性炭得率为 48. 2% ,产品的亚甲基蓝脱色力为
81 m L /g,达到国家二级品标准 ( GB /T 13803. 2-1999)。
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53第 4期 　　　　　　　　　　　　　　陈丛瑾等:用马占相思木材废料制备活性炭