全 文 ：第29卷 第2期 浙 江 林 业 科 技 Vol. 29 No.2
2 0 0 9年 3月 JOUR. OF ZHEJIANG FOR. SCI. & TECH. Mar., 2 0 0 9

文章编号：1001-3776（2009）02-0033-05

雷竹炭理化性质及 Hg2+吸附性能测定

张文标 1，陈 斌 2，王伟龙 3，马灵飞 1，龚建春 2
（1. 浙江林学院 工程学院，浙江 临安 311300；2. 浙江林学院 环境科技学院，浙江 临安 311300；
3. 浙江省遂昌县林业局，浙江 遂昌 323300）

摘要：对用 4 年生的雷竹竹秆在传统的竹材炭化窑中烧制获得的雷竹炭进行理化性质及其在 Hg2＋溶液中对 Hg2＋
的吸附性能测试，结果表明：①雷竹炭的水分、灰分、挥发分、固定碳、pH等基本理化性能指标均达到《竹炭》
（DB33/T467-2004）要求；②雷竹炭中 K、Ca、Na、Mg元素的含量较高，其中钾含量最高，达 11 730 mg/kg，
Hg、Cd、Cr、Se等重金属未被检出，As、Pb、Co、Ni、Sr等重金属的含量均小于 1 mg/kg；③雷竹炭对 Hg2+具
有较强的吸附性能，吸附率与雷竹炭的粒径，作用时间，HgCl2溶液的 pH、浓度，雷竹炭用量，吸附温度等因素
有关，在雷竹炭粒径为 0.25 ~ 0.37 mm，添加量 10 mg，处理温度 35℃，pH6的条件下，对 Hg2＋的吸附率在 96.0%
以上。
关键词：雷竹炭；理化性质；Hg2＋；吸附
中图分类号：S795 文献标识码：A

Physio-chemical Properties of Phyllostachys praecox cv. prevernalis
Charcoal and Determination of Hg2+ Absorption

ZHANG Wen-biao1，CHEN Bin2，WANG Wei-long3，MA Ling-fei1，GONG Jian-chun2
（1. School of Engineer, Zhejiang Forestry University, Lin’an 311300, China; 2. School of Environmental Technology, Zhejiang Forestry
University, Lin’an 311300, China; 3. Suichang Forestry Bureau of Zhejiang, Suichang 323300, China）

Abstract: Physio-chemical properties of 4-year Phyllostachys praecox cv. prevernalis culm’s charcoal and determination of its Hg2+ absorption
showed that physio-chemical properties of the tested charcoal, such as moisture, ash, volatile matter, fixed carbon and pH, met the standards of
“Bamboo Charcoal” prepared by Provincial Standard of Zhejiang. 24 elements were determined in the tested charcoal, like K, Ca, Na, Mg were very
high, especially K, topped 1 1730 mg/kg. While elements of Hg, Cd, Cr, Se were not found, but the content of As, Pb, Co, Ni, Sr were lower than
1mg/kg. The tested charcoal had strong capacity of Hg2+ absorption. Absorption rate could top 96% when the test charcoal of 10 mg with particle
diameter of 0.25 ~ 0.37 mm at 35℃, pH of 6 and Hg2＋.
Key words: Phyllostachys praecox cv. prevernalis charcoal; physio-chemistry properties; Hg2+; adsorption

竹炭是 20世纪末 21世纪初开发的新产品，是一种功能型的环境保护材料，具有较强的吸附能力和产生红
外发射功能，已应用在室内空气净化、湿度调节、保健等领域[1~3]。雷竹（Phyllostachys praecox cv. prevernalis）
是优良笋用竹种，具有易栽培、成林快、出笋早、笋期长、笋味鲜、产笋量高等特点，已经引种到南方许多省
收稿日期：2008-09-03；修回日期：2009-01-15
基金项目：浙江省重大专项“生物改性竹炭处理城乡污水关键技术研究及示范”（2006C13052）和浙江省科技厅重大招标项目“利用竹材
生产功能炭素的关键设备及生产工艺的研发”（2003C12016）
作者简介：张文标（1967－），男，浙江遂昌人，副教授，博士，从事竹材加工与利用研究。

34 浙 江 林 业 科 技 29卷

市，而被誉为“江南第一笋”，是当地农村经济的支柱产业。但利用雷竹制备竹炭及其基本性能与应用方面的
研究尚无报道。本文研究了雷竹炭的基本性能以及吸附 Hg2＋的性能，为雷竹炭在水净化方面提供理论依据，以
拓宽雷竹的应用领域，提高其附加值。
1 材料与方法
1.1 材料
实验雷竹取自临安姚家村，竹龄 4 a。在传统的竹材炭化窑中将雷竹材烧制成炭，窑体中心温度为 850℃，
炭化周期为 20 d，等窑体温度冷却到 60℃左右，从窑中取出雷竹炭，进行粉碎加工，筛分成粒径为 0.74 ~ 1.40、
0.25 ~ 0.37、0.124 ~ 0.185、0.075 ~ 0.093和 0.060 ~ 0.075 mm 5种试材备用。
1.2 主要仪器和试剂
QHZ-82型水浴恒温振荡器、Q/BKY31-2000型电热恒温干燥箱、PHS-3C型数字式酸度计、IRIS/AP型电感
耦合等离子发射光谱仪、SX2-5-12型箱式电炉、SX51扫描电子显微镜、电子天平、锥形瓶、容量瓶、移液管。
HgCl2、NaOH、HCl均为分析纯。
1.3 雷竹炭的微观结构观测
将雷竹炭经预处理，加工成一定规格的颗粒状试样，在倍增电压 15.0 kV 的条件下，通过扫描电镜观察雷
竹炭纵横截面微观结构形态。
1.4 雷竹炭的基本理化性能和微量元素测定
竹炭的灰分、挥发分、固定碳、密度、pH值等基本理化性能参照李文珠的《竹炭性能与检测方法》进行测
试[4]。微量元素采用 ICP-OES等离子发射光谱仪进行测定。测定条件为检测器 CID的低波段（< 265 nm）积分
时间 15 s；检测器 CID的高波段（＞265 nm）积分时间 5 s；进样蠕动泵转速 100 r/min；进样雾化器氩气压力
0.193 MPa；辅助气流量 1.0 L/min；高频发生器功率 1 500 W；样品冲洗时间 5 s。
1.5 雷竹炭对 Hg2＋的吸附率测定
将一定量的雷竹炭放入锥形瓶中，加入已配制的含 10 mg/L的 Hg2＋溶液，在恒温振荡器中振荡，吸附一定
时间后，过滤，取上层滤液进行测定，滤液中的 Hg2＋浓度采用 ICP-OES测定仪测定，Hg2＋吸附率和吸附量根据
下面的公式计算[5]，试验重复两次，取平均值。
吸附率 q = [(C0－Ce)/C0]×100%
式中：C0为溶液初始浓度（mg/L），Ce为吸附后溶液的浓度（mg/L）。
吸附量 Q =（C0－Ce）V/m
式中：Q为吸附容量（mg/g），V为溶液体积（L），
m为竹炭的质量（g）。
2 结果与分析
2.1 雷竹炭微观结构分析
用SX51扫描电子显微镜拍摄雷竹炭的微观结构，
见图 1。
从图 1中可以看出，雷竹炭基本保持了雷竹的微
观构造形态，由许多大小不一的大孔、中孔和微孔组
成。组成基本组织的薄壁组织细胞壁的内含物、有机
物热解挥发，薄壁细胞壁内层光滑干净，细胞间隙也
变小。组成维管束的导管、筛管和纤维等细胞收缩变
图 1 雷竹炭的微观扫描电镜图
Figure 1 SEM micrographs of Ph. praecox cv. prevernalis charcoal

2期 张文标，等：雷竹炭理化性质及 Hg2+吸附性能测定 35

得致密，其中纤维鞘细胞排列更紧密。维管束之间的薄壁细胞壁明显变薄。这说明，雷竹材在高温的作用下，
组成的纤维素、半纤维素和木质素等主要有机物已充分热解，最终形成固体产物雷竹炭。
2.1 雷竹炭的基本理化性能和微量元素含量
雷竹炭的基本理化性能测试结果见表 1，微
量元素测试结果如表 2。
由表 1可知，雷竹炭主要由碳和少量灰分组
成，其水分、灰分、挥发分、固定碳、pH等基本
理化性能均符合《竹炭》（DB33/T467-2004）要求[6]。
从表 2可知，雷竹炭的 K、Ca、Na、Mg元素的含量较多，其中 K含量最高，达 11 730 mg/kg；重金属 Hg、
Cd 、Cr、Se没有测出，而 As、Pb、Co 、Ni 、Sr等重金属均小于 1 mg/kg，这些元素含质量的大小与竹种立
地条件和本身化学组分有关。
表 2 雷竹炭的微量元素及含量
Table 2 The trace element content of bamboo charcoal
mg/kg
元素 K Ca Na Mg As Hg Pb Se Cr Co Cd
含质量 11 730 2 990 548 4 006 0.902 7 <0.000 0 0.388 4 <0.000 0 <0.000 0 0.215 5 <0.000 0
元素 Al Cu Fe Zn Mn Mo Ni Sn Sr Si P
含质量 160.9 5.085 103.2 1.989 27.02 8.288 0.644 7.221 7.045 24.29 4 837
2.2 粒径对 Hg2+吸附率的影响
取 5 种粒径的雷竹炭各 10mg 进行
Hg2+吸附试验，调节 pH 值至 6，在 25
℃条件下，恒温振荡 3 h后过滤，取滤
液测试，结果如表 3。
由表 3 可知，竹炭对 Hg2+的吸附率与竹炭的空隙构造和粒径大小有关。在 Hg2+浓度、pH 值、温度、吸附
时间一定的情况下，一定粒径范围内，颗粒直径小的竹炭，吸附量大，吸附效率高。当粒径为 0.25 ~ 0.37 mm
时，吸附量为 41.3 mg/g，吸附率达到 96.7%。但随着竹炭颗粒的进一步细化，其比表面积增大与竹炭的大、中
孔隙被破坏，使其吸附率略有下降。
2.3 作用时间对 Hg2+吸附率的影响
将 10mg粒径为 0.25 ~ 0.37 mm的雷竹炭加入到 50 mL质
量浓度为 10 mg/L的 Hg2+溶液中进行吸附试验，调节 pH至 6，
在 25℃下，每隔 1 h取样，离心后过滤，取滤液测试，其结果
如图 2。
由图 2可知，吸附刚开始时是一个快速吸附的过程，在 1 h
时对 Hg2+的吸附率达到 94.6%，之后吸附率平稳上升，4 h后吸
附率达到 98.2%，显示出雷竹炭具有良好的吸附效果。这是因
为开始时快速吸附是一种表面作用，吸附率较大，接着的慢吸
附则是 Hg2+向竹炭空隙内部迁移、扩散，这一过程的速率较低。
2.4 pH 对 Hg2+吸附率的影响
将 10 mg粒径为 0.25 ~ 0.37 mm的雷竹炭加入到 50 mL质量浓度为 10 mg/L的 Hg2+溶液中，测定不同 pH
（用 0.5 mol/L的 NaOH或 HCl溶液来调节）的 Hg2+吸附率，在 25℃条件下，恒温振荡 3 h后过滤，取滤液测
试，其结果如图 3。
由图 3可知，随着吸附体系 pH的增加，雷竹炭对 Hg2＋吸附率增加，在 pH=6时吸附达到最大值 （98.1%）。
当溶液的 pH较低时，不利于 Hg2+的吸附，这是由于酸度过大时，大量的 H＋占据了炭的空穴，不利于炭吸附
Hg2+。在 pH较高时，体系中的 OH－质量浓度增加，使水样中的 Hg2+与 OH－结合，生成 Hg(OH)2沉淀，降低
表 1 雷竹炭的基本理化性能
Table 1 Physio-chemical property of the tested charcoal
项目 水分/%
灰分
/%
挥发分
/%
固定碳
/%
密度
/g·cm-3
pH

电阻率
/Ω.cm
指标 5.2 4.5 7.8 87.7 1.168 9.94 0.75
表 3 雷竹炭粒径对 Hg2＋吸附率的影响
Table3 Effect of bamboo charcoal diameter on Hg2+ absorption
粒径/mm 0.74 ~ 1.40 0.25 ~ 0.37 0.124 ~ 0.185 0.075 ~ 0.093 0.060～0.075
吸附率/% 86.2 96.7 89.9 91.0 95.2
吸附量/mg·g－1 36.8 41.3 38.4 38.9 40.7
94
95
96
97
98
99
1 2 3 4 5
图 2 作用时间对 Hg2＋吸附的影响
Figure 2 Effect of duration on Hg2+ absorption
吸
附
率
/%

时间/h

36 浙 江 林 业 科 技 29卷

了 Hg2+的质量浓度，起到了去除 Hg2+的效果。随着 pH 进一步的升高，产生的沉淀被滤去后产生吸附效果好
的假象[7]。
2.5 Hg2+质量浓度对 Hg2+吸附率的影响
将 10 mg粒径为 0.25 ~ 0.37 mm的雷竹炭加入到 50 mL不同质量浓度的 Hg2+溶液中（5、10、15、20、25
mg/L），调节 pH值至 6，在 25℃条件下，恒温振荡 3h后过滤，取滤液进行测试，其结果如图 4。
由图 4 可知，吸附率随着 Hg2+质量浓度的增加而减少，而吸附量却增加，吸附率从起初的 98.4%下降到
75.5%，而吸附量从 24.4 mg/g增加到 93.8 mg/g直至饱和。
2.6 雷竹炭添加量对 Hg2+吸附率的影响
分别将 4、6、8、10、12 mg粒径为 0.25 ~ 0.37 mm的雷竹炭加入到 50 mL质量浓度为 10 mg/L的 Hg2+溶液
中，调节 pH值至 6，在 25℃条件下，恒温振荡 3 h后过滤，取滤液进行测试，其结果如图 5。
由图 5 可知，Hg2＋吸附率随吸附剂用量的增加而增加，在开始时有大幅度的提升，在用量达到 10mg 后，
其吸附率渐趋稳定，达到 96.4%，吸附量为 48.2 mg/g。
2.7 温度对 Hg2+吸附率的影响
将 10mg粒径为 0.25 ~ 0.37 mm的雷竹炭加入到 50 mL质量浓度为 10 mg/L的 Hg2+溶液中，调节 pH值至 6，
在 15、25、35、45、55℃条件下，搅拌 3 h后过滤，取滤液进行测试，结果如图 6。
从图 6 可以看出，随着温度升高，Hg2+吸附率略有降低趋势，在 35℃时吸附效果最佳，达到 97.2%。这
是因为疏水性竹炭吸附原理主要基于伦敦扩散力[8]，它是范德华力的一种。Hg2+越靠近在孔隙周围，其吸附力
越大。就物理吸附而言，其吸附速度很快，分子触及表面即被吸附，所以吸附的速率受传质阻力控制，在低
温下，常有较大的速率，温度高时，水分蒸发量增大，对吸附率有一定影响。说明雷竹炭吸附 Hg2+在低温时
更容易进行。
3 结论
雷竹材在传统的竹材炭化窑烧制竹炭的技术是可行的，拓宽了竹炭原材料的来源，提高了雷竹的附加值，
75
80
85
90
95
100
5 10 15 20 25
图 4 不同 Hg2＋质量浓度对吸附的影响
Figure 4 Effect of different concentration on Hg2+ absorption
吸
附
率
/%

浓度/mg·L－1
图 3 pH 对 Hg2＋吸附的影响
Figure 3 Effect of pH on Hg2+ absorption
80
84
88
92
96
100
4 5 6 7 8
pH
吸
附
率
/%

图 5 雷竹炭添加量对 Hg2＋吸附的影响
Figure 5 Effect of bamboo charcoal quantity on Hg2+ absorption
吸
附
率
/%

30
40
50
60
70
80
90
100
4 6 8 10 12
添加量/mg
85
90
95
100
15 25 35 45 55
图 6 温度对 Hg2＋吸附的影响
Figure 6 Effect of temperature on Hg2+ absorption
吸
附
率
/%

温度/℃

2期 张文标，等：雷竹炭理化性质及 Hg2+吸附性能测定 37

为雷竹炭的进一步应用提供了理论基础。
雷竹炭的水分、灰分、挥发分、固定碳、pH等基本理化性能均达到了浙江省《竹炭》地方标准要求。雷
竹炭含有大量的 K、Ca、Na、Mg矿物质和少量的 As、Pb、Co、Ni、Sr等微量元素，不含 Hg、Cd、Cr、Se
重金属元素。
雷竹炭对 Hg2+具有较强的吸附性能，当雷竹炭粒径为 0.25 ~ 0.37 mm、处理温度 35℃，pH = 6，添加量 10 mg
条件下，雷竹炭对 Hg2+吸附率达到 96.0%以上。用雷竹炭净化水质不会引起二次污染，是优良的除汞材料。

参考文献：
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[2] 张文标，叶良明，张宏，等. 竹炭生产和应用[J]. 竹子研究汇刊，2001，20（2）：49－54.
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[4] 李文珠，张文标，楼坚强. 竹炭性能与检测方法[J]. 世界竹藤通讯，2007（3）：20－22.
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2004（95）：255－257.

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信息
全国首个林业产业知识产权联盟在安吉成立

2 月 26 日，全国首个林业知识产权联盟——南林（南方林业）竹产业知识产权联盟暨安吉南林竹产业知
识产权咨询有限公司在“中国竹乡”——安吉正式成立。
我国是名副其实的竹子王国，竹林面积达 484.26 万公顷，竹类资源的面积及产量均居世界第一位，世界
上性能最优良、利用价值最高的毛竹林有 90%分布在我国南方各省，经过 20多年的努力，通过对毛竹进行锯剖、
展开、劈篾、编织、施胶、层压胶合等方法加工制成的产品已广泛应用于建筑、装饰、车辆等九大领域，竹产
品已经形成了 100多个系列数千个品种，出口到 30多个国家和地区。2008年竹产业产值达到近 1000亿元，其
中我国年产竹地板产量达 3000多万平方米，竹子种植和竹材加工技术在国际上已处于世界领先地位。
为此，南京林业大学竹材加工研究中心、上海华诚律师事务所联合国内 30家知名竹制品企业，在有着中国
“第一竹乡“之称的浙江安吉正式成立了中国首个竹产业知识产权联盟——南林（南方林业）竹产业知识产权
联盟。决定南林竹产业知识产权联盟成立后，盟内专利可交叉使用，利用集体的力量保护知识产权，抵制侵权
行为；通过专利共享，促进盟内企业间的技术互补，避免重复开发，降低生产成本，提高行业竞争力；通过制
订统一标准，采用统一标志，提高产品质量，抵制劣质产品。
联盟下设实体性质的“安吉南林竹产业知识产权咨询有限公司”，负责统一经营和管理盟员现有和未来拥
有的专利，依法向侵权人提出相关要求，保护自己的合法利益。将公司设在安吉，是因为安吉竹产业近几年来
在竹产品制造、竹资源开发、竹产业科技创新、政府对竹产业重视等方面已走在全国的前列。

（摘自 http://www.zjly.gov.cn/gb1/html/news/2003/63625.html）