全 文 ：第 36 卷 第 1 期
2015 年 1 月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
Journal of Inner Mongolia Agricultural University (Natural Science Edition)
Vol． 36 No． 1
Jan． 2015
沙柳活性炭的制备及其性能研究
*
刘杰1， 张桂兰1* ， 鲍咏泽
(1．内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院，呼和浩特 010018)
摘要: 以沙柳为原料，用化学方法以氯化锌为活化剂制备沙柳活性炭，并以亚甲基蓝溶液为指示剂，考察了不同活化温度、
活化时间、料液比以及活化剂浓度对活性炭吸附性能的影响，从而确定沙柳活性炭制备工艺的最佳条件。并且分析了沙柳
活性炭吸附时各因素对沙柳活性炭吸附性能的影响。试验结果表明:当沙柳活性炭制备工艺条件为:活化温度 550℃，活化
时间 90min，活化剂浓度 85%，液料比 2． 0:1 时，所制备的沙柳活性炭吸附性能最佳。时间、温度、PH 值的增大，都有利于吸
附的进行。
关键词: 沙柳活性炭 氯化锌 温度 时间 PH值
中图分类号: TQ424． 1 文献标志码: A 文章编号:1009 － 3575(2015)01 － 0122 － 05
THE PＲEPAＲATION OF SALIX PSAMMO PHILA ACTIVATED CAＲBON
AND STUDY ON THE PEＲFOＲMANCE
LIU Jie， ZHANG Guilan， BAO Yongze
(College of Material Science and Art Design ，Inner Mongolia Agriculture University，Huhhot，010018)
Abstract: Activated carbon was prepared by Salix psammoPHila being raw material Through chemical method with the Zinc chloride
as the activator，and tests the target with the methylene blue indicator，the performance of the activated carbon which were prepared in
different of the activation temperature ，the activation time，the proportion of material fluid and the activator density were studied，
Thus determines the Salix psammoPHila activated carbon preparation craft the optimum condition． At the same time，activated carbon
adsorption the impact of various factors on the adsorption performance are analyzed． The experimental results indicated that:When clay
activated carbon preparation process conditions is:the activation temperature of 550 ℃，the activation time of 90 min，activator con-
centration 85%，liquid ratio of 2． 0:1，the preparation of activated carbon adsorption performance is best． The higher time，PH value
and temperature are conducive to the conduct of adsorption．
Keywords: Salix psammoPHila;zinc chloride;the temperature;the time;PH
我国是世界上活性炭生产大国，活性炭总产量
仅次于美国位居世界第二，出口量位居世界第一，
每年出口活性炭 7 ～ 8 万吨［1］。活性炭的原料主要
是煤、木材等，但是我国煤炭、木材资源严重匮乏，
而内蒙古地区沙生灌木资源丰富。沙柳是沙生灌木
的一种，根据沙柳的生物学特点，每间隔三年应轮流
平茬一次，过去，平茬下来的沙柳枝条除了少部分用
作饲料和编织外，大部分都在当地作为薪材被烧掉，
* 收稿日期:2014 － 11 － 03
基金项目:国家自然科学基金(31060097)
作者简介:刘杰(1989 －) ，女，硕士研究生，主要从事木质复合材料及工程化利用的研究。
* 通讯作者:E － mail:zhangguilan2003@ hotmail． com
第 1 期 刘杰等:沙柳活性炭的制备及其性能研究
利用价值极低，为避免浪费，近些年来对于沙柳枝
条综合利用的研究也越来越多［2］。因此用沙柳作
为原料来制备沙柳活性炭，并检测其吸附性能，进
而推广到工业生产，这样可使沙柳得到更充分的利
用，提高其利用价值。
1 实验
1． 1 试验材料及设备
沙柳木粉:粉碎机粉碎并筛选的 60 目沙柳粉末。
试剂:磷酸溶液(质量分数 85%) ，氯化锌，氢氧
化钾，亚甲基蓝，均为分析纯 ，天津市红岩化学试剂
厂。
设备:箱式电阻炉 FSX2—12—15N，华北实验
仪器有限公司;变压吸附制氮机，杭州博达有限公
司;双光束紫外可见分光光度计 TV － 1901，化学普
析通用仪器有限责任公司;电热恒温鼓风干燥箱
DHG －9245A，上海有限公司;水温恒温振荡器 SHA
－ C，上海实验设备厂;分析天平，赛多利斯有限公
司;微型粉碎机。
1． 2 试验方法
1． 2． 1 沙柳活性炭的制备 试验以液料比、活化
时间、活化温度、活化剂浓度四个因素，每个因素取
3 个水平做 4 因素 3 水平的正交实验。具体做法是
选用 60 目沙柳刨花粉末，并将其送往干燥箱中干
燥，使水分含量控制在 10%以下。配置不同浓度的
氯化锌溶液作为活化剂，取沙柳粉末样品与配置好
的氯化锌溶液，以一定得液料比混合，反复搅拌，使
混合均匀 ，在空气中静置一段时间;将浸渍后的沙
柳粉末在马弗炉中加热活化炭化［3］。具体步骤是
将其放入坩埚，置于管式炉内，以 10 ℃ /min 的速度
加热至活化温度，在此温度下炭化一定得时间;将
制得的活化产品自然冷却后，用蒸馏水反复冲洗至
中性，将湿活性炭置于电热鼓风干燥箱中干燥至绝
干。干燥好取出，倒入研磨器中研磨成粉末状。
1． 2． 2 沙柳活性炭吸附性能的测
1． 2． 2． 1 吸附量的测试 准确称取 500mg /L 的亚
甲基蓝溶液 35mL放入 50mL的锥形瓶中，称取干燥
好的活性炭 0． 05g倒入锥形瓶内，进行吸附试验，测
定吸附量。吸附量的计算公式为:
Q =
(CO － C)V
W 1 － 1
式中，Co，C为吸附前、后亚甲基蓝溶液的浓度，mg /
L;V为加入的亚甲基蓝溶液的体积，L;W 为加入的
活性炭的质量，g。
1． 2． 2． 2 脱色率的测试
量取亚甲基蓝溶液 30mL倒入 50mL的锥形瓶中，取
干燥好的活性炭倒入锥 形瓶中，测定吸光度。然后
按下式计算脱色率［4］:
η =
AO － A
AO
× 100% 1 － 2
式中，AO，A处理前后亚甲基蓝溶液的吸光度。
2 结果与讨论
2． 1 不同工艺因子对沙柳活性炭吸附量的影响
沙柳活性炭的制备试验选择四因素三水平的正
交实验，按公式 1 － 1 计算沙柳活性炭对亚甲基蓝的
吸附量，并以吸附量作为选择活性炭最佳生产工艺
条件的指标，利用极差法进行各因素水平之间分析，
其极差分析见表 1．
表 1 氯化锌法制备沙柳活性炭对亚甲基蓝吸附值极差分析表
Tab． 1 The range analysis of methylene blue adsorption value and salix activated carbon prepared with ZnCl2
试验号
液料比(w /w) 活化剂浓度(%) 活化温度(℃) 活化时间 (min)
A B C D
吸附量(mg /g)
1 1． 5:1 85 450 60 392． 67
2 1． 5:1 70 500 90 399． 12
3 1． 5:1 55 550 120 453． 87
4 2． 0:1 85 500 120 431． 43
5 2． 0:1 70 550 60 448． 05
6 2． 0:1 55 450 90 432． 31
321
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 2015 年
续表
试验号
液料比(w /w) 活化剂浓度(%) 活化温度(℃) 活化时间 (min)
A B C D
吸附量(mg /g)
7 2． 5:1 85 550 90 453． 51
8 2． 5:1 70 450 120 397． 68
9 2． 5:1 55 500 60 403． 89
K1 1245． 66 1277． 61 1222． 56 1244． 61
K2 1311． 79 1244． 85 1234． 44 1284． 94
K3 1255． 08 1290． 07 1355． 43 1282． 98
k1 415． 22 425． 87 407． 52 414． 87
k2 437． 26 414． 95 411． 48 428． 31
k3 418． 36 430． 02 451． 81 427． 66
极差 Ｒ 22． 04 15． 07 44． 29 13． 44
主次
顺序
C ＞ A ＞ B ＞ D
优水平 A2 B3 C3 D2
优组合 A2B3C3D2
由表 1 可知，活化温度对沙柳活性炭吸附亚甲
基蓝溶液的吸附量影响最大，其次是液料比，活化
时间影响最小，4 个因素对亚甲基蓝溶液吸附量的
影响效果依次为 A ＞ C ＞ D ＞ B。最优组合为:
A2B3C3D2。
2． 2 不同工艺因子对沙柳活性炭脱色率的影响
按公式 1 － 2 计算沙柳活性炭对亚甲基蓝溶液的脱
色率，并以脱色率作为选择沙柳活性炭优化生产工
艺条件的指标。利用极差法进行各因素水平之间
分析，其极差分析见下表。
表 2 氯化锌法制备沙柳活性炭对亚甲基蓝脱色率极差分析表
Tab． 2 The range analysis of methylene blue decolorization rate and salix activated carbon prepared with ZnCl2
试验号
液料比(w /w) 活化剂浓度(%) 活化温度(℃) 活化时间 (min)
A B C D
脱色率(%)
1 1． 5:1 85 450 60 78． 53
2 1． 5:1 70 500 90 79． 82
3 1． 5:1 55 550 120 90． 77
4 2． 0:1 85 500 120 86． 29
5 2． 0:1 70 550 60 89． 61
6 2． 0:1 55 450 90 86． 46
7 2． 5:1 85 550 90 90． 70
8 2． 5:1 70 450 120 79． 54
9 2． 5:1 55 500 60 80． 78
K1 249． 12 255． 92 244． 53 248． 92
K2 262． 36 248． 97 246． 89 256． 98
K3 251． 02 258． 00 271． 08 256． 60
k1 83． 04 85． 17 81． 51 82． 97
k2 87． 45 82． 99 82． 30 85． 66
k3 83． 67 86． 00 90． 36 85． 53
极差 Ｒ 4． 41 3． 01 8． 85 2． 69
主次 顺序 C ＞ A ＞ B ＞ D
优水平 A2 B3 C3 D2
优组合 A2 B3 C3 D2
421
第 1 期 刘杰等:沙柳活性炭的制备及其性能研究
由表 2 可知，活化温度对沙柳活性炭吸附亚甲基蓝
溶液的脱色率影响最大，其次是液料比、活化剂浓
度，活化时间，4 个因素对亚甲基蓝溶液脱色率的影
响效果依次为 C ＞ A ＞ B ＞ D。最优组合为
A2B3C3D2。此结论与吸附量指标的结论一致。
2． 3 吸附过程中不同因素对沙柳活性炭吸附性能
的影响
2． 3． 1 温度的影响 在 PH 值与吸附时间一定的
条件下，分别测定了吸附温度为:20℃、30℃、40℃、
50℃、60℃、70℃时，沙柳活性炭对亚甲基蓝溶液的
吸附量和脱色率的影响，如图 1(a)、(b)所示。
由图可知:在温度达到 60℃时，吸附量达到最高值
495mg·g －1。随着温度的升高，沙柳活性炭对亚甲
基蓝溶液的吸附量和脱色率都呈逐渐升高的趋势，
在温度达到 60℃时，吸附量达到最大值 495mg·
g －1，而脱色率仍有升高的趋势。这应该是亚甲基溶
液迁移速度伴着温度的升高而加快，引起了活性炭
对亚甲基蓝溶液分子的吸附，而吸热过程和吸附过
程同时进行，随着温度的升高沙柳活性炭内部结构
也发生了改变［5］，主要是其内部结构发生膨胀使其
孔隙增大，这有利于亚甲基蓝溶液分子进入沙柳活
性炭的孔隙，从而使吸附量增加。
图 1 温度对吸附量(a)和脱色率(b)的影响
Fig． 1 Effect of the temperature on adsorption capacity (a)and decolorization rate (b)
2． 3． 2 时间的影响 吸附平衡时间是指亚甲基溶
液里的吸附质占据活性炭外表活性中心使吸附达
到平衡所需要的时间。在 PH值与温度一定得条件
下，吸附时间对亚甲基蓝溶液吸附量和脱色率的影
响见图 2(a)、(b)。由图可知，试验从振荡开始至
振荡 450min 时，随着吸附时间延长，沙柳活性炭脱
色率和吸附量总体上出现递增趋势，而此过程中，
吸附时间在 360 ～ 450min 时，吸附速度逐渐变缓甚
至吸附趋于平衡，到 540min 后，沙柳活性炭对亚甲
基蓝溶液的吸附达到完全平衡状态。这可能是因
为开始时沙柳活性炭对亚甲基蓝溶液的吸附主要
发生在活性炭的表面，随着时间得推移，达到吸附
平衡前吸附速度会随着亚甲基蓝溶液分子进入沙
柳活性炭微孔而逐渐变慢［6］。
(a) (b)
图 2 吸附时间对吸附量(a)和脱色率(b)的影响
Fig． 2 Effect of the adsorption time on adsorption capacity (a)and decolorization rate(b)
2． 3． 3 PH值的影响 决定沙柳活性炭吸附性能
的一个很重要的因素既溶液的 PH值。在吸附时间
与温度一定得条件下，PH 值对亚甲基蓝溶液吸附
量及脱色率的影响，由图 3(a)、(b)看出，沙柳活性
炭对亚甲基蓝溶液吸附量和脱色率随着 PH 由 2． 0
到 12． 0 的过程均呈递增趋势，而 PH 值在 2 ～ 5 的
范围内时，这种递增的速度比较缓慢，此后递增的速
度有所增加。这可能是因为随着 PH 值得增大，溶
液中 HO －染料分子与活性炭表面电子之间存在着
静电相互作用，即静电作用力，或者是在碱性条件下
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内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 2015 年
沙柳活性炭和亚甲基蓝溶液之间发生了化学反 应［7］。
(a) (b)
图 3 PH值对吸附量(a)和脱色率(b)的影响
Fig． 3 Effect of the PH values on adsorption capacity(a)and decolorization rate(b)
3 结论
本文以吸附量和脱色率为指标研究了影响沙
柳活性炭吸附性能的因素，结果表明:氯化锌法制
备沙柳活性炭时各因子对沙柳活性炭吸附性能的
影响为活化温度 ＞液料比 ＞活化剂浓度 ＞活化时
间;当沙柳活性炭制备工艺条件为:活化温度
550℃，活化时间 90min，活化剂浓度 85%，液料比
2． 0:1 时，所制备的活性炭吸附性能最佳。
通过单一变量试验结果表明:在振荡时间、PH 值一
定的条件下，随着温度的升高，沙柳活性炭的吸附
性能逐渐增强;在 PH值和温度一定的条件下，振荡
时间在开始 90min到 180min的吸附过程中，亚甲基
蓝溶液游离浓度急剧下降，活性炭吸附还未平衡，
但 450min 以后，曲线呈平稳的降低趋势，说明吸附
反应已经较接近稳定态，但很难达到 100%的平衡
态;在振荡时间和温度一定的条件下，随着 PH 值得
增大，沙柳活性炭对亚甲基蓝溶液的吸附性能逐渐
增大。
参 考 文 献:
［1］张文辉，阎文瑞，刘春兰． 国外活性炭应用及我国活性炭
发展趋势［M］．北京:煤炭科学研究总院北京煤化学研
究所，2001:10 － 12． ．
［2］薛玉，杨桂花，陈嘉川，鹿志强． 沙柳特性及其综合利用
［J］．节能环保，2011，4(42):57 － 64．
［3］胡志杰，左宋林． 磷酸活化法制备稻壳活性炭的研究
［J］．林业科技开发，2007，21(4):83—85．
［4］高立新，李宁宁，黄志鹏，徐啸峰． 活性炭的改性及吸附
性能［J］．上海电力学报，2009，25(5):504 － 508．
［5］王强，黄文杰，符若文，陆耘，曾汉民． ． 吸附条件对活性
碳纤维氧化还原吸附钯的影响［J］． 材料研究学报，
1988，12(1):87 － 89．
［6］鲍咏泽．沙柳活性炭的制备及吸附性能研究［D］．内蒙古
农业大学学报，2012
［7］C． Namasivayam，D． Kavitha，Ｒemoval of Congo Ｒed from
water by adsorption onto activated carbo n prepared from
coir pith，an agricultural sol id waste［J］． Dyes Pigments，
2002，54 (1):47 － 58．
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