全 文 ：1日匕 6
V 0 1
林 产 化 学 ,了 工 业
C ll e n z至s t r 丁 a n d I n d t、 。 t r 丁 o f F 〔 , r c s t 11 r o 。】u e 亡s
之i、 艺 道刁j
N
0
. 二
椰 子 壳 制 活 性 炭 的研 究
椰子壳的炭化 ,
施荫锐 唐启风 赵玉 明
( 中国林业科学研究院林产 匕学工业 研究所 南币 )
卞文讨沦 」’ 伐 川海 !行岛 之 U椰子壳的热 分解 衫l理和 什温条件对炭 的得率的 影响 ,
杯同加热条件一;I’ 的微孔 容变化 。 ! l!扫描电被观察 了不同热解 温 度 卜 炎 的 断 而 形
魂。
关键词 : 娜 J几充 ; 炭 ; 微孔容 ; 扫描电镜
浮 八
哪子壳是一种优质活性炭愿料 , 椰壳活性炭具有最出色的吸附性 能 〔 ` 夕 。 印 度 、 巴
倒沂坦 、 一 {};律宾 、 斯里兰卡 、 泰 I中 !三产椰 一子和以椰 子壳制活性炭 , 我 }_司海南 岛 也 产 椰
J’. , 椰 r 壳也用 一 J“制造活性炭 , 如北京市光华木材 J一 ` 产 }二产的 (汗卜 一 。 、 州 1 一 1 、 弓 l[ 一
2
、 弓 H一 3 活性炭即是 〔 “ “ 。
川 :17 年 F 1(, c k 、 V al 飞 B c c k二 : 研究 了椰 子壳 l玲化学组成 〔 e 。 1 9: 3。 年 人 a ` : 、 r :、 i、 和
喻 1[ 、 l。研究了用硫酸 、 抓化锌 、 一 三氮化铝浸渍椰子壳 , 经炭化 、 活化所得 活 性 炭 的于卜
能 〔 心 〕 。 1洲 1年 1一 10\ 、 a :.d 研究认为椰子壳活性炭具有很好的净化 、 脱奥 、脱 色 、 除去苯和其
他轻质烃类的性能 , 也是良好的绝缘填充物 〔 “ J 。 19 5 2年 ’ f 。 n d 。 }!、 a : ,进 行了椰 犷壳 l为.元
索分析 , 结果是 C 一引 . 5 8% 、 H 一 5 . :83 % 、 N 一 0 . 刊 石% 、 S 一 。 . 肠 5% 、 (一: !一 0 . 3圳 % 、
0 一 4 1 · 5 7 6% , 灰分 0 . 4 9% , 热值 9 3 16 B . t . o . ( 绝干 ) , 炭的元索组成由于炭化温度
不同而变化 , 炭的得率也因炭化条件而异 〔 “ 〕 。 1 9 7 1年 3tJ : s lft 等研究了椰子壳低温炭化的
规律 , 认为加热速率愈快 , 炭的得率愈低〔 下 〕 。 1 9 7 7年 E 。 : lft 又研究了用 Z o C I 。一 H C I校
渍椰子壳制得的活性炭性能 一与浸渍液的配比关系 `、 “ 〕 。 而 i4I 内对 于椰 子壳的炭化研 究尚
未见有报 道 。
一二、 实 验
炭化试验在 入S R一 7 3 1电子热天平 卜进行 , 灵敏度为 0 . 衬任克 。
将粉碎成一定粒度的椰 户壳约 70 0毫 克 , 丑于铂吊篮内 , 加热条件由程序 控 制 , 加
什、 京 欠学现 代分沂` ! ,心杜德安艺师为」又研究做了扫描电镜分 析 , 4寺此致谢 。
林 产 化 学 一与 工 业6 8 1 9年
热时通氮气保护 。 当温度达到后 , 自动保温直到恒重 。 加热条件 、 重谈变化均为自动记
录 。
三 、 结果和讨论
( 一 ) 娜子壳热分解的机理
木材热解一般认为是半纤维素 、 纤维素和木素热解的总和 , 最激烈的分解温度是 :
半纤维素 2 5 0 ~ 3 0 0℃ , 纤维素 2 4 0 ~ 4 0 0 `℃ , 木素 2 8 0一 5 0 0℃ 〔 “ 一 ’ “ 〕 。
本研究用 电子热天平 自动连续记录椰子壳在热解过程中 的 垂 鱿 损 失 。 升 温 速 率
2
.
3 ℃ /分 , 热解终温 6 30 ℃ , 恒温 3 小时 , 典型的热一重星损失如图 1 。
曰日O一父护习口T;
工了 i凭
VlI l 椰 r 壳炭化时温度 ,了爪准损失 i习
王’ 11 ( r m o 乳 r a v im o t : } 。 d z: v只 r a m o f (` o 《 o a 。 : : t s 了: 。 11 ( l z z r z : 1凭
e a f b o n ; Z a t i o z z
由图 1 可以看出椰子壳热解的阶段 。 A 一室温到 12 0 C 为干燥阶段 , B 一 12 0一 2 0 O C
为恒重阶段 , C一 2 0 ~ 2 60 ℃ ( 虚线部分 ) 为第一热分解阶段 , 即半纤维素 为 主 的 分
解阶段 , D 一 2 60 一 29 5℃为过渡阶段 , E 一 29 5一 3 2 0 ` c ( 虚线部分 ) 为第二 热 分 解 阶
段即纤维素为主的分解阶段 , 这里木索是平缓的分解 。
( 二 ) 炭化终温与得率 、 微孔容的关系
1 9 7 9年 B r 。 n n e r和 R o b e r t s曾详细研究过纤维素的热分解加热速度对炭的得率和 炭
的性质的影响 〔 ` ’ 〕 。 由于椰子壳是一种组分复杂的原料 , 因此 , 它的热分解的阶段性 、
炭的得率和微孔容及其他参数 , 必然受热解条件的影响 。 我们用甲醇吸附法 〔 ` “ 〕测定了
不 同热解终温下 , 椰 子壳炭化得率和微孔容的关系 , 结果见表 1 。
第 2 期 椰子壳制活性炭的研究— 椰 J气壳的炭化
表 1
T ab l e l
热解终 温与发的得 率、 微孔 容的 关 系米
V a r i at i o n of e ha r e o a l y i o ld a nd m i e r o p o r c Y o lt l m e at
d 1f f e :。 nt o nd t c m p e r at u r o s of p y r o l y s i s
热解最终温度 ℃
了它。 d t o m p e r at , , r 。
炎 得 率 %
C 】l a r e o a l y i e l d
微孔容 识 ( 毫升 /克 )
人11e r o p o r o v o l t l m 。
6 3 0 7 2 0
1
.
4 3 3
.
8 { 艺了 . 9
( m l /g ) 0 1 2 4 0
,
l滩7 一 0 . 16 飞 。 0 . 2 2 2
r l
户
i从速率 ( t o m p o r a t u r c ,· a t e ) 2 . 3 3℃ / m i ,i
随首热分解温度的提商 , 炭的得率降低 , 微孔容积增加 。 这可解释为热解最终温度
的提高 , 椰子壳内各种组分分解趋向完全 。 热分解时 , 分解产物的逸出 , 产生 了微孔 ,
微孔容积也就随着增加 。 炭的得率在 52 5℃以前 , 随温度升高而剧 烈 下 降 , 在 5 25 ℃ 以
后 , 提高终温得率下降较慢 , 说明椰子壳各组分在 5 25 ℃以前已经基本分解完 毕 , 以 后
已不再分解 。 这与文献 〔 “ 〕所述的木索分解最终温度是 5 0 0℃ 基本一致 。
( 三 ) 炭化速率与得率的关系
椰 一子壳的炭化温度 、 升温速率和得率之间的关系见丧 2
表 2 炭 化温度 、 升温速率和得 率的关 系
’
1
’
a
l
, 】e Z 丁二f f e e 亡 o f 老e m P e r a 之盯 e o f e 递, 。 b o n i z a 〔10 , ; ￡, : , d 之。 :刀 l。。 z· : : t : : :一 。
r a t e o n y i e l d o f e h a r e o a l
一 . 哟享碱% 乡”一 」 ’一~ ’一 . 1 .-一 一 一 - 萝扮七而度交下了一一一 , 一一一C ]za r e o a l y i o l d T o m p o r a l. u r e o f
e a r b o n i z a t i o n
-
- 一一~二二
3 5 0
3 5
.
8 袱
升温速率 ( ℃ /m i n )
’
r c m P c r a t z: :
” r a t e
0一上7
l 0
2 O
3 0
3 1
.
6
2 5
.
2
2 0
.
2 } 2 0
.
0
在低 炭化温度下 , 升温速率对炭的得率影响较大 , 35 0 ℃时 , 升温速率 10 ℃ /m i n与
2 0 (丫 IT l in 相比 , 炭的得率相 差约 6 % , 而在高炭化温度下即 5 50 ℃时 , 升温 速 率 10 ℃ /
m 油与 20 C / m 扭相比 , 炭的得率仅差约 2 % 。 炭化温度为 65 0 ` c 时 , 升温速率对炭的得
率与 5 5 0℃类似 , 在较高炭化终温下 , 炭化速率影响较小 。
( 四 ) 不同炭化温度下的扫描电镜形貌
扫描电子显微镜是研究黑体丧面形貌的手段之一 , 能对孔隙的发展进行定性评价 ,
是光学显微镜所不能比拟的 。 本研究用 l一】本 X 一 6 5 o J一 J描电子显微分析仪 , 将椰子 壳 炭
取其断而进行扫描摄像 。 }月 2 为 3初 c 、 J s o ℃ 、 筋 o c 炭化的三张扫描电镜照片 。 从图 Z a
可以清楚地肴到椰 子壳的纤维状结构比较完整 , 山 于椰壳的部分组分分 解 , 露 出 了大

第 忿期 椰 一 J“夕乞制活性炭的研究 -一椰子壳的炭化
孔 , 孔的长度为 30 ~ . 10 尽二 , 宽度为 2 ~ 4 ! ; 二 。 从图 Z b 看 出椰壳在 生50 ℃ ,有更多组分
社 分解而收缩 , 而 比纤维 长度方 向收缩更多 , 孔隙开始缩小 , 孔的 长和宽华本相等 , 为
3 一 6 脚n , 还基本 _ !二保留着椰子壳的纤维状结构 。 从图 Z C 可 以看出 , 由于炭化温度的
升高 , 椰壳的组分绝大部分分解 , 出现 了层状炭的碎片 , 孔收缩更为明 显 , 有 若 「比
1 !: ,: 1小的孔形成 , 但还明显保留蜂窝状结构。
由 J: 椰 r 壳炭明显的蜂 窝状结 f勺, 一与别的术质炭 比较 , 在活化以后 , 它就具有较大
的强度 。
图 3 是娜 子壳炭之而形貌的扫抓:电镜照片 , 可以沂到椰 J几壳炭化后丧而保留肴析乙状
结构 , 给炭带来很多孔隙 一火孔 , 六吸附中 ,坦介通道作用 , 在活化以后给活性炭带来很
大的吸附力 。
四 、 结 论
( 一 ) 椰子壳热分解时有两个明显的分解阶段 : 2阅~ 2 6 5 C 以半纤维素为主的分解
阶段 , 2 80 一 3约 ℃以纤维素为主的分解阶段 , 木素是一个平缓的分解阶段 。
( 二 ) 椰子壳炭化时炭化得率与炭化缎终温度有关 。 最终温度愈高得率愈低 , 但在
5沁℃以前比较明显 , 5 0℃ 以后 , 得率减少趋向缓慢 , 即椰子壳在 5 50 ℃左右 已某 本 炭
化完全 。 随着炭化最终温度的上升 , 炭的微孔容也增加 。
( 三 ) 炭化速率也影响炭的得率 。 速度愈快得率愈低 。 在低炭化温度下更为明显 ,
要提高炭的得率 , 必须减慢炭化速度 。 炭化速度 以 10 c , ,xn 扭为宜 。
( 四 )从扫描电镜发现 , 椰 子壳炭随着炭化终温的提高 , 组分分解越完全 , 收缩越
厉害 , 大孔由 3。一拍 乡: 1 缩小至 3 ~ 6 件m , 甚至更小 , 这与吸附法测定微孔容增加的 结
果 是 一致的 。 扫描电镜还可看出 , 娜 户壳炭具有独特的蜂窝状结构 , 所 以做 成 活 性 炭
后 , 比一 般果壳或木质原料的活性炭具有较高的强度 。
参 考 文 献
〔 l 〕 〔「们 炭素材料学会编 , 《 活性炭基础 巴应用 》 , 1 9 7 8 . P 一 1 。
〔 2 〕 北京光华木材厂编 《 活性炭 》 产品说明 }; 。
〔 3 〕 C . A . V ol . 3 2 , 7邪
〔 4 〕 C . 。气 . V o l . 3 一了, 理艺3 9 ”
〔 5 〕 〔’ , : \ . V o l . 3 6 , 3 3遭8 `
〔 6 〕 C . A . V o l . J 7 , 5 6 6咬、
〔 7 〕 C . A . V ol . 7 4 , 3 2 8 OC .
〔 8 〕 C . A . V o l . 8 6 , 1 5 7 6 了3
〔 9 〕 南京林产工业学院编 , 木材热解工艺学 , 北京 , 中国林业出版社
〔1 0〕 I r v i , 1 9 . 5 . G o l d s t o i n 《 W o o d T e e h n o l o g了: C l: 。 m i e a l A s p e e t s 》 , 2 9 7了, 5~ 8 .
〔 1 1〕 工, : 、 u l . H . B r u n n e r , P a u l . Y . R o b e r t 、 , 《 C a : b o n 》 , 1 0 8 0 , 1 8 , 3 , 2 1了一 2 2 J .
〔 r Z刃浦野绒平 , 《 丧而 》 , 1 9了5 , 了3 卜一了伟 。
2 8 林 产 化 学 一了 二z二 业 工9 8 6 年
S T U D Y O N T H E P R E P A R A T IO N O F A C T IV A T E D
C A R BO N F R O人侄 C O CO A N U T SH E L L S
-— T I IE C A R B O N IZ A ’ r 1O N O F C O C O人 N U T S IJ E L L S
S h王 Y i n r u i T a n g (之王f e il g 2 1, a o y u , , l i n g
(刀 e : e a : e h I n s t玄t u t e o f C h。二 f e a l P r o c e : s 公, ; 9 a o d U t玄l玄二 a t i o n
o
f F
o r o s t l
, r o d u e t s
,
C h `n e : e 刀 c a ` l。 ,刀夕 o f 尸 o r e s t ,·夕 N J n j f n g )
A b s t r a e t
`
r }z e ,: x e c h a n 至, m o f Jo y -l o l介厂 5 15 o f e o e 。 : 、 , , 11 t s : 1 0 11: f r o r n LJa 子;: a n I s l a ll ( l
w : 、 。 ( l ; s c u : s e d . I n f l u e n e 。 : o f (11「f e l e , z t p 。 : · 0 1少 5 15 t e r , l p o r a t : z ,· 。 5 0 , l t l一。
洲 } e ld `。 f e o e o a n 一i t o h e l l e l x a r e o a l a n ( I t生, 。 、 一 : 1 : 于a }三。 : 1 o f l : ]子e ,· o p o r e 、 o l t: : 1飞。
叭 e 。 。 王: 1 、 r e s t i g a t e d 。 C : 0 5 5一 s o e t至。 : 1 5 o f c ll :一 r e o a l s 。 于)士a i n e ( I t ,引 d o r d i f f e r e z: t
l)手 1 0 l y : i : t e n l P e r a t u r o s w e r e o 飞〕 s e r v e d b少 s e a n : i三工: 笔 。 l e e t r o n 订 z i e r o s c o 工。 e 。
K e y w o r d s : C o e o :、 n t此 : 11 e l l ;
S c a n n }
2 1生互 。 l e e t : · 。 1
入 c t 至、 a 上e ( I c : 、 r· } ) o , 1 ; 入1是e -l o P o ,· e 、 , o l u l : : c ;
川 I C I 、 0 5 c O I 、 t