全 文 ：第 !"卷 第 #$期
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林 业 科 学
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竹节制备提金活性炭及其表征
吴开金
（福建省林业科学研究院 福州 7"%%#$）
摘 要： 以竹节为原料，采用水蒸气活化法制备提金活性炭，研究温度、保温时间、水蒸气流量等因素对活性炭性
能的影响，并对其孔隙结构进行表征。结果表明：随着温度和保温时间的增大，活性炭的吸附性能总体呈上升趋
势；随着水蒸气流量的增加，活性炭的吸附性能呈先升后降的趋势；+$ 吸附等温线的分析表明，竹节活性炭具有发
达的微孔、中孔、大孔结构。在较佳的试验条件下，活性炭的强度、亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、比表面积、总孔容积
和微孔容积分别为 &82"9，$:$ ;<·<= #，# %8$28 ;<·<= #，# 77!2$ ;$·<= #，%2:8# ;.·<= #和 %2"8! ;.·<= #。
关键词： 提金活性炭；竹节；水蒸气；孔隙结构
中图分类号：,3&"7；,>!$!2# 文献标识码：- 文章编号：#%%# = 8!??（$%%&）#$ = %#$! = %"
收稿日期：$%%? = %: = $:。
基金项目：国家林业局南方山地用材林培育重点实验室资助。
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（!"#$%& ’(%)*+, -. !-/*01/, !"23-" 7"%%#$）
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J4;H4ICJAI4，G01LDF< JD;4 CFL RJ4C; K10S ICJ4 0F JG4 HI0H4IJQ 0K C5JDNCJ4L 5CIO0F SCR LDR5ARR4L6 ,G4 H0I4 RJIA5JAI4R 0K JG4
C5JDNCJ4L 5CIO0F S4I4 5GCIC5J4IDT4L OQ +$ CLR0IHJD0F DR0JG4I;6 ,G4 I4RA1J RG0S4L JGCJ JG4 CLR0IHJD0F 5CHCOD1DJQ 0K C5JDNCJ4L 5CIO0F
DF5I4CR4L SDJG JG4 DF5I4CR4 0K J4;H4ICJAI4 CFL G01LDF< JD;46 ,G4 CLR0IHJD0F 5CHCOD1DJQ 0K C5JDNCJ4L 5CIO0F DF5I4CR4L J0 C
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JG4 CLR0IHJD0F NC1A4 0K ;4JGQ14F4 O1A4，D0LDF4，V*,，J0JC1 H0I4 N01A;4，;D5I0H0I4 N01A;4 0K JG4 RC;H14R S4I4 &82"9，$:$ ;<·
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:#< =("*;： <01L 4MJIC5JDF< C5JDNCJ4L 5CIO0F；OC;O00 PF0J；RJ4C;；H0I4 RJIA5JAI4
以活性炭作为金的吸附剂，直接从氰化矿浆中吸
附金的原理是基于活性炭对 -A（(+）络离子具有强
的吸附能力，能从氰化矿浆中吸附金，经脱附后提取
金（W44R *1 %4 6，$%%%）。因此，黄金工业用活性炭不仅
要求强度高、耐磨性能好、微孔发达、吸附力强，同时
还要有良好的解吸性。目前，世界各国大部分使用椰
壳活性炭吸附金（吴开金，$%%8）；但是我国椰壳资源
有限，以其他木质原料（如竹节）替代椰壳制备高强度
的活性炭，用于黄金工业，将具有重要意义。
为寻找椰壳活性炭的替代品，国内外学者对农林
废弃物制备提金活性炭的过程和机制进行了研究。
XCFR00I4G等（$%%?C；$%%?O；$%%?5；$%%?L）采用杏核为
原料制备活性炭，于工业废水中提取黄金，并对其吸
附和解析过程进行了研究。Y14QRD4I等（$%%?）对提金
活性炭的微观结构进行研究，并讨论了发泡剂的存在
对其吸金过程的影响。XARJCKF 等（$%%$）以榛壳、桃
核、杏核为原料制备提金活性炭，并将其载金量与吸
金速率与椰壳活性炭的进行比较。杨坤彬（$%%"）采
用微波辐射的方法制备提金活性炭，并对其孔隙结构
进行分析。周崇松（$%%"）对金在活性炭上的吸附和
解析过程进行研究。韩富荣等（#&&#）研究了山楂核
活性炭的吸金速度、吸金回收率、载金量、耐磨强度和
解吸过程。赵树森等（#&&7）采用水蒸气活化法制备
杏核活性炭，用于吸附黄金。
鉴于竹节自身具有的高强度，研究采用竹节为
原料替代椰壳制备提金活性炭，用于黄金工业，目前
尚未见其他研究者的相关报道。本文探讨了温度、
保温时间对竹节活性炭的吸附性能及强度的影响，
并对其孔隙结构进行了表征，以期更充分了解竹节
活性炭的性能和应用。
# 材料与方法
>?> 原料
#）竹节炭化料：以粉碎至一定粒度的毛竹节为
原料，在 !"" #下炭化 $ %制得。&）预处理后竹节
炭化料：将毛竹节粉碎至一定粒度，采用一定浓度的
化学药剂进行处理，在 !"" #下炭化 $ %制得炭化
料。从而提高了炭化料的强度、填充密度，同时也一
定程度提高了炭化料得率。处理前后的性能变化见
表 $。由表 $ 可知，处理后竹节炭化料的各方面性
能指标与市售椰壳炭化料相近，甚至更优，故研究考
虑以竹节为原料替代椰壳制备提金活性炭。
表 ! 竹炭化料处理前后的性能指标
"#$%! &’()#*+ ’, -.+ )*’)+*-/ ’, $#($’’ 01’- 2#*$’1
试样
’()*+,
挥发分
-.+(/0+01(/0.234
固定炭
506(/0.2 7(89.234
灰分 :;%34
强度
<2/,2;0/=34
充填密度
50++02> ?,2;0/=3（>·)@A $）
得率
B0,+?34
处理前 C,D.8, /8,(/),2/ $"E$ FGEH IE& JKE" "EIF &HE!
处理后 :D/,8 /8,(/),2/ FEK FFEI IEI JFEI "EKI I$EF
市售椰壳炭化料
L.)),870(+ 7(89.201(/0.2 )(/,80(+; !
$& "H! !I JH "EK! —
!34 试验方法
以预处理后的竹节炭化料为原料，在 F"" M
$ """ #，水蒸气流量 "E& M "EF @·)02A $下，保温 I M
G %，进行活化，制备竹节活性炭。
!35 性能测定
亚甲基蓝吸附值和碘吸附值采用国家标准 NC3
O $&KJGEF A $JJJ，$&KJGE$" A $JJJ进行测定；强度和
充填密度参照 @B3O $$&! A JI进行测定。
!36 样品的表征
采用美国 P078.),/807公司 :’:Q&"$" 型全自动
比表面积分析仪测定竹节活性炭的 R& 吸附等温线。
在测定之前，各样品在氮气流中于 I"" #下脱气
K %，在液氮温度（HH S）下记录氮吸附数据。
& 结果与分析
43! 温度的影响
在 F!"，J""，J!"，$ """ #，水蒸气流量为 "EK
@·)02A $条件下，保温 K %，制备竹节活性炭。图 $，&
示出了活化温度与竹节活性炭的得率、强度、亚甲基
蓝吸附值和碘吸附值的关系。由图 $可知，得率和
强度随着温度的升高呈下降趋势，这是由于温度越
高，处于活化状态的碳原子与水蒸气的反应性增强，
烧失较大，故得率和强度较小；温度较低时，处于活
化状态的碳原子与水蒸气的反应性较小，烧失较少，
故得率和强度较大。由图 &可知，亚甲基蓝吸附值
和碘吸附值随着温度的升高呈先升后降的趋势，在
J!" #时达到最大，分别为 &G& 和 $ "H&EH )>·>A $，
其中，J!" #的碘吸附值比 J"" #的碘吸附值有很
大的增长，从 FIGE&增加到 $ "H&EH )>·>A $。这表明
J!" #前，升高温度加快了活化反应的速率，水蒸气
与炭表面的一些活性碳原子发生了充分的活化反
应，有利于微孔和中孔结构的发达。而温度达到
$ """ #时，活化反应进行得太激烈，使得微孔和中
孔之间的孔壁烧失，形成大孔，故其吸附性能下降。
选活化温度 J!" #为宜。
图 $ 温度与得率和强度的关系
50>T $ O,)*,8(/U8, V; =0,+? (2? 02/,2;0/=
图 & 温度与亚甲基和碘值的关系
50>T & O,)*,8(/U8, V; PC (2? 0.?02,
434 保温时间的影响
在 J!" #，水蒸气流量为 "EK @·)02A $条件下，
保温 I M G %，制备竹节活性炭。保温时间与竹节活
性炭的得率、强度、亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的关
系见图 I，K。由图 I 可知，得率和强度随着保温时
间的延长呈下降的趋势，其中得率在 K M ! %时，降
!&$第 $&期 吴开金：竹节制备提金活性炭及其表征
低较大，从 ! "的 !#$%&降低到 % "的 ’($)&。这可
能是由于，随着保温时间的延长，促进了水蒸气与炭
化料的反应，使活化反应的程度加深，烧失较严重，
故得率和强度呈下降趋势。由图 !可知，亚甲基蓝
吸附值随着保温时间的延长呈先升后降的趋势，在
% "时达到最大，为 )’’ *+·+, #，其中，! - % "时有较
大的增长，从 ’.’增长到 )’’ *+·+, #，而% - . "相差
不大。碘吸附值呈现不断上升的趋势，! - % "时有
较大的增长，从# /0’$0增长到# #(0 *+·+, #，而 % - .
"相差不大。这可能是由于，保温时间较长时，参加
反应的水蒸气的量也相应较多，与炭化料上活性碳
原子的反应也较充分，有利于使原来滞留在炭素前
驱体中无规则的炭被选择性地消耗，使微晶之间封
闭的微孔打开，故孔隙结构较发达。综合得率与吸
附性能之间的关系，选保温时间 ! "为宜。
图 ) 保温时间与得率和强度的关系
12+3 ) 456728+ 92*: ;< =2:67 >87 289:8<29=
图 ! 保温时间与亚甲基蓝和碘值的关系
12+3 ! 456728+ 92*: ;< ?@ >87 25728:
!"# 流量的影响
在 A%/ B，水蒸气流量为 /$’ - /$( C·*28, #条件
下，保温 ! "，制备竹节活性炭。图 %，.示出了水蒸
气流量与竹节活性炭的得率、强度、亚甲基蓝吸附值
和碘吸附值的关系。由图 %可知，得率和强度随着
水蒸气流量的增加呈先降后升的趋势，在 /$!
C·*28, #时达到最小，分别为 !#$%&和 A0$%&。这表
明在流量小于 /$! C·*28, #时，随着流量的增加，参
加反应的水蒸气量增加，降低了两相间的传质阻力，
水分子就会有更多机会扩散到炭化料孔隙内，与碳
原子发生活化反应，碳水反应的速率增大，烧失也相
应增大，导致得率和强度下降。当水蒸气流量进一
步增加时，降低了炭化料表面的温度（马祥云等，
’//%），延缓了活化反应的进行，减小了炭化料的烧
失，故得率和强度得到提高。由图 .可知，亚甲基蓝
吸附值随着流量的增加呈先升后降的趋势，在 /$!
C·*28, #时达到最大，分别为 ’.’和# /0’$0 *+·+, #。
这可能是由于，随着水蒸气流量的增加，活化反应的
图 % 水蒸气流量与得率和强度的关系
12+3 % D9:>* E65F G>9: ;< =2:67 >87 289:8<29=
图 . 水蒸气流量与亚甲基蓝和碘值的关系
12+3 . D9:>* E65F G>9: ;< ?@ >87 25728:
速率增快，有利于活化反应的进行，使得微孔和中孔
得到发达。但当流量进一步增大时，炭化料表面温
度降低，碳水反应进行缓慢，不利于新的孔隙的形
成，故吸附性能下降。
!"$ %! 吸附等温线的分析
图 0示出了保温时间 ! " 条件下，不同温度下
制备的竹节活性炭的 H’ 吸附等温线。由图可知，不
同温度 H’ 吸附等温线的形状相似，氮气吸收量的增
.’# 林 业 科 学 !%卷
图 ! "# 吸附等温线
$%&’ ! "# ()*+,-.%+/ %*+.01,2
图 3 孔径分布图
$%&’ 3 4+,1 *%51 )%*.,%67.%+/
加不仅在低相对压力下，而且在整个压力范围内也
是明显的。按国际纯化学和应用化学协会（894:;）
的分类，该类等温线属于!型和"型的结合型（<7
!" #$ ’，#==>），说明活性炭具有较发达的中孔和微
孔。
由图 !明显看出，随着活化温度的升高（得率的
降低），竹节活性炭对氮气的吸附能力也随之升高。
在相对压力小于 =?>时，微孔被完全填充，而随着压
力的进一步增大，对应的吸附容积也不断增大（该阶
段为中孔的填充过程），说明具有发达的中孔结构
（:,,%(&()( !" #$ ’，>@@!）。当相对压力大于 =?@时，氮
气吸附量则出现较大的增加，即吸附等温线有“脱
尾”现象，说明大孔也较发达。根据以上分析可知，
竹节活性炭具有发达的微孔、中孔、大孔结构，且随
温度的升高，孔隙结构越发达。
!"# 孔隙结构的分析
由表 #可知，随着温度的上升，比表面积、总孔
容积、微孔容积、中孔容积呈现不断增加的趋势，
@A= B达到最大分别为 > CCD?# 2#·&E >，=?F!>
2G·&E >，=?A!D 2G·&E >，=?=@! 2G·&E >，说明温度的上
升有利于孔隙结构的发达。其中，比表面积在 @==
H @A= B阶段有很大的增长，从 > =FA?! 2#·&E >增长
到 > CCD?# 2#·&E >，而总孔容积和微孔容积在 3A= H
@== B阶段增幅较大，分别从 =?CC@和 =?#!# 2G·&E >
增加到 =?AAC 和 =?D!> 2G·&E >，说明比表面积的增
长不仅与总孔容积和微孔容积有关，还与孔径分布
有关。
表 ! 温度与孔结构的关系
$%&’! $() *)+%,-./0(-1 .2 ,)31)*%,4*) %/5 1.*) 0,*46,4*)
温度
I12-1,(.7,1JB
比表面积
K7,L(M1 (,1(J（2#·&E >）
总孔容积
I+.(N O+N721J（2G·&E >）
微孔容积
P%M,+-+,1 O+N721J（2G·&E >）
中孔容积
P1*+-+,1 O+N721J（2G·&E >）
3A= @C=?> =?CC@ =?#!# =?=F!
@== > =FA?! =?AAC =?D!> =?=3#
@A= > CCD?# =?F!> =?A!D =?=@!
根据国际纯化学和应用化学协会（894:;）推荐
孔隙大小的划分范围为：微孔宽度小于 # /2，中孔
宽度 # H A= /2，而大孔宽度大于 A= /2（Q%(/ !" #$ ’，
#==!）。图 3示出了竹节活性炭的孔隙大小分布，反
映了不同温度下，孔半径与孔容积之间的关系。由
图 3可知，各温度下，孔径分布的形状非常相似，在
半径 =?@ /2处，对应的孔容积达到最大值，随着温
度的升高，孔半径对应的孔容积逐渐变大，说明温度
升高，有利于孔隙结构的发达。孔隙半径主要集中
在 =?A H F /2的微孔、中孔范围内，尤其是微孔较为
发达，说明这种工艺条件制得的活性炭有利于微孔
的发达。
!"7 与黄金炭指标的比较
以竹节为原料的活性炭的指标与椰壳和杏仁为
原料的提取黄金用颗粒活性炭的指标（参考《提取黄
金用颗粒活性炭》标准）的对比数据列于表 C。由表
C可知，以竹节为原料制得的活性炭，除了充填密度
比椰壳为原料的活性炭的小，其他的均可达到甚至
超过 :类指标。而充填密度符合以杏仁为原料制
得的活性炭的 R类指标，故以竹节为原料，制得的
活性炭适用于黄金工业。
!#>第 >#期 吴开金：竹节制备提金活性炭及其表征
表 ! 各项指标对比
"#$%! &’()#*+ ’, -.+ /01+2
项目
!"#$
指标 !%&#’
(类（椰壳）
)*+# (（,-,-%."）
/类（杏仁）
)*+# /（01$-%&）
竹节活性炭
/0$2-- 0,"340"#& ,052-%
碘吸附值 !-&3%# 0&6-5+"3-% 401.#7（$8·89 :） !;<= !;== !: =>?@>
粒度 A50%.1053"*：B C7D "? "? "?
CD E :CD !;= !;= !;F
G :CD "H "< "F
强度 !%"#%63"*7D !;> !;< !;>
充填密度 I3113%8 &#%63"*7（8·,$9 F） =@H< E =@<< =@F< E =@H< =@F>
F 结论
:）以竹节为原料制得的活性炭，其性能基本符
合《提取黄金用颗粒活性炭》标准 (类指标，竹节可
作为椰壳的良好替代品，用于制备提金活性炭。
?）随着温度和保温时间的增大，竹节活性炭的
得率和强度呈不断下降的趋势，而亚甲基蓝吸附值
和碘吸附值总体呈上升趋势。随着水蒸气流量的增
加，竹节活性炭的得率和强度呈先降后升的趋势，而
亚甲基蓝吸附值和碘吸附值呈先升后降的趋势。
F）根据 J? 吸附等温线的分析，竹节活性炭具
有发达的微孔、中孔、大孔结构。
H）在较佳的试验条件下，制得的竹节活性炭的
强度、亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、比表面积、总孔容
积和微孔容积分别为 ;>@?@>
$8·89 :，: FFH@? $?·89 :，=@C>: $K·89 : 和 =@<>H
$K·89 :。
参 考 文 献
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用研究 L采选冶技术，（:?）：:? 9 :CL
马祥云，张利波，彭金辉 L ?==< L水蒸气活化核桃壳制造活性炭的研
究 L黄金，?C（C）：FC 9 H=L
吴开金 L ?==> L竹下脚料制备吸附黄金用活性炭 L世界竹藤通讯，<
（H）：?M 9 F:L
杨坤彬 L?==< L提金活性炭制备新技术的研究及孔结构解析 L昆明理
工大学硕士学位论文 L
周崇松 L?==< L金在活性炭上的吸附和解析行为研究 L成都理工大学
硕士学位论文 L
赵树森，郭幼庭，王岚湘，等 L :;;F L用催化剂提高黄金炭的得率和吸
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+5#+053%8 U38U1* $3,5-+-5-.6 0%& $#6-+-5-.6 0,"340"#& ,052-%6L Z052-%，
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（责任编辑 石红青）
M?: 林 业 科 学 H<卷