方振华;金鑫;牛曼;马晓情
【摘 要】以核桃壳为原料,选用KOH高温干法活化工艺制备出了核桃壳基活性炭.研究了炭化温度、碱料比、活化时间、活化温度、酸洗工艺对核桃壳基活性炭碘吸附值的影响,并用正交试验确定了核桃壳基活性炭的最佳制备工艺.结果表明,在炭化温度为400℃,碱料比为3:1,活化温度为600℃,活化时间为50min时制备的核桃壳基活性炭的碘吸附值最好,其碘吸附值为1393mg·g-1. 【期刊名称】《化学工程师》
【年(卷),期】2018(032)007
【总页数】3页(P8-10)电能收集充电器
【关键词】核桃壳;活性炭;KOH;碘吸附值
【作 者】方振华;金鑫;牛曼;马晓情
【作者单位】西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065;西安市环境与食品安全检测工程研究中心,陕西西安710065;西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065;西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065;西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065
铝蜂窝芯【正文语种】中 文
【中图分类】TQ424
核桃作为一种营养和经济价值很高的珍贵树木，在我国多数省份均有分布，其年产量位居世界之首[1]，核桃壳坚硬厚实，是制备活性炭的优良原料[2,3]。但核桃加工完后的核桃壳多被焚烧或丢弃，极大地浪费了资源[4]。因此，如何对废弃的核桃壳进行综合开发利用，变废为宝，已成为研究人员关注的焦点之一[5]。张浩等[6]以废弃核桃壳为原料，采用微波加热法制备出生物质基多孔活性炭。并用响应面法优化其制备工艺，制备的生物质基多孔活性炭的碘吸附值达到1074.57mg·g-1。朱玲等[7]以玉米秸秆和山核桃壳为原料，采用氯化锌法制备出了孔径以中孔为主，碘吸附值达1079.72mg·g-1的混合基生物质活性炭。其制备的活性炭对染料孔雀石绿与金橙II的吸附率可达到93%。赵阳等[8]首次以新疆野山核桃壳为原料、在炭化炉中炭化后，用50%的KOH溶液浸渍24h后，将浸渍的混合物在马弗
炉中活化，水洗干燥后制得了比表面积为1551.85m2·g-1，总孔容为 0.79cm3·g-1，微孔比表面积为 1491.22m2·g-1，微孔率为89.87%的核桃壳基活性炭。该活性炭的比表面积大，微孔结构发达，同时极微孔含量高。本文以西安本地核桃壳为原料，采用先炭化后KOH高温干法活化工艺制备出核桃壳基活性炭，并探索其最佳的制备工艺条件，为实现废弃核桃壳的资源化开发利用提供依据和参考。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
DXF-02C密封型手提式粉碎机（广州市大祥电子机械设备有限公司）；BS223S电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）；DZF-6030A真空干燥箱（上海齐欣科学仪器有限公司）；SB-5200DT超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；S-3400NⅡ扫描电子显微镜（日本日立）。
西安本地核桃壳；HCl（天津市光复科技发展有限公司）；KOH（天津市光复科技发展有限公司）；I2（天津市光复科技发展有限公司）；KI（天津市光复科技发展有限公司）；Na2S2O3（天津市福晨化学试剂厂），所有试剂均为分析纯。
口袋领域
1.2 核桃壳基活性炭的制备
将核桃壳水洗除杂、干燥、粉碎、过筛处理后至于坩埚中，在马弗炉中炭化，冷却后，将已炭化的核桃壳颗粒与KOH混合后在马弗炉中高温活化，活化后的活性炭样品用去离子水水洗至Ph值接近7，干燥，制得核桃壳基活性炭样品。
1.3 核桃壳基活性炭表征测试
核桃壳基活性炭的碘吸附值按照GB/T 12496.10-1999中的方法进行测定，用扫描电子显微镜观察核桃壳基活性炭的表面形貌。
2 结果与讨论
2.1 碱料比的影响
碱料比，即活化剂KOH与绝干的核桃壳原料的质量比。图1为不同碱料比下制得的核桃壳基活性炭的碘吸附值曲线图。
图1 不同碱料比的碘吸附值曲线图Fig.1 Curve of iodine adsorption value with different alk
ali/carbon ratio
从图1可以看出，随着碱料比的比值增加，核桃壳基活性炭的碘吸附值快速增加，当比值超过3∶1后，碘吸附值增加趋势渐缓。这主要是因为当碱料比较小时，KOH的量不足以使原料中的炭完全参与活化反应，因此，碘吸附值小。但当KOH的量过多后，过量的KOH和活化反应过程中反应生成的氧化钾与原料中的骨架碳原子发生反应，造成活性炭孔隙坍塌[9]，使碘吸附值增加趋势变缓。
2.2 炭化温度的影响
图2为不同炭化温度条件下制得的核桃壳基活性炭的碘吸附值曲线图。
图2 不同炭化温度的碘吸附值曲线图Fig.2 Curve of iodine adsorption value with different carbonization temperature
由图2可知，随着炭化温度升高，核桃壳基活性炭的碘吸附值先升高后降低。这主要是因为炭化温度升高后，核桃壳颗粒状中的低挥发组分逸出，有利于形成发达的空隙结构，而温度过高时，造成大量挥发性组分短时间内快速逸出，形成大的孔隙，反而不利于形成发达
的微孔结构，导致碘吸附值下降。
2.3 活化温度的影响
实验中对不同活化温度条件下制备的核桃壳基活性炭的碘吸附值进行了测试，测试结果见图3。
图3 不同活化温度的碘吸附值曲线图Fig.3 Curve of iodine adsorption value with different activation temperature
法兰轴从图3可以看出，随着活化温度升高，核桃壳基活性炭的碘吸附值先升高后降低，活化温度约在600℃时，碘吸附值达到最大。这主要是应为随着活化温度逐渐升高，活化反应越充分，当活化温度过高后，核桃壳基活性炭表面微孔结构被烧坍塌，导致其碘吸附值反而降低。
2.4 活化时间的影响
图4为不同活化时间工艺条件制备的核桃壳基活性炭的碘吸附值曲线图。
图4 不同活化时间的碘吸附值曲线图Fig.4 Curve of iodine adsorption value with different activation time
从图4可以看出，随着活化时间增加，活化反应越充分，核桃壳基活性炭的内部孔隙也就越多，其吸附能力越强。核桃壳基活性炭的碘吸附值迅速增加。
2.5 工艺优化刀模
为进一步获得高碘吸附值的核桃壳基活性炭的最佳工艺条件，在前期实验探索的基础上，进行了正交优化实验，实验结果见表1。
表1 正交实验表Tab.1 Orthogonal test table水平 剂料比/g·g-1碘吸附值/mg·g-1 1 2∶1 400 30 524.30 2 400 3∶1 500 40 715.96 3 400 4∶1 600 50 907.13 4 450 2∶1 500 50 789.42 5 450 3∶1 600 30 808.50 6 450 4∶1 400 40 549.32 7 500 2∶1 600 40 734.60 8 500 3∶1 400 50 575.69 9 500 4∶1 500 30 552.40 k1 715.797 682.773 549.770 628.400 k2 715.747 700.050 685.927 666.627 k3 620.897 669.617 816.743 757.413 R 94.900 30.433 266.973 129.013炭化温度/℃400活化温度/℃活化时间/min
从表1正交实验结果可以看出，各个因素对核桃壳基活性炭碘吸附值的影响顺序为：活化温度＞活化时间＞炭化温度＞剂料比，核桃壳基活性炭的最佳生产工艺条件为：炭化温度为400℃，剂料比为3∶1，活化温度为600℃，活化时间为50min。
2.6 与市售木质活性炭碘吸附值的对比
在探索的最佳工艺条件下，将不同目数的核桃壳颗粒为原料所制得的核桃壳活性炭样品与市售木质活性炭进行了测试对比，实验结果见表2。
表2 产品对比结果Tab.2 Contrast experiment results活性炭 碘吸附值/mg·g-1 10～20目核桃壳颗粒为原料 1393 20～30目核桃壳颗粒为原料 1320市售的 860
由表2可以看出，用10～20目核桃壳颗粒为原料制备的活性炭的碘吸附值为1393mg·g-1，略高于以20～30目核桃壳颗粒为原料制备的活性炭的碘吸附值，但比市售的活性炭产品的碘吸附值要高。
3 结论
以核桃壳为原料，经水洗除杂、干燥、粉碎、过筛、炭化后，再用KOH高温干法活化的生产工艺可制备出核桃壳基活性炭。而用10～20目核桃壳颗粒为原料，经400℃炭化后，在剂料比为3∶1时，用KOH在600℃活化50min，洗涤干燥后制备的核桃壳基活性炭的碘吸附值最高，其碘吸附值为1393mg·g-1，优于市售木质活性炭产品。本工艺为废弃核桃壳资源综合开发利用提供了合适的工艺途径。
参考文献
【相关文献】
［1］ 赵见军,王丁丁,张亮,等.我国核桃综合利用与发展前景［J］.陕西农业科学,2014,60（4）:56-59.
［2］ 郭晖,张记升,朱天星,等.利用核桃壳制备高比表面积活性炭电极材料的研究［J］.材料导报,2016,30（2）:24-27.
［3］ 闫圣坤,李忠新,杨莉玲.核桃及其副产品加工利用分析［J］.农产品加工,2014,（7）:65-67.钢板桩引孔
［4］ 李术英.核桃壳对中性红染料吸附性能的研究［J］.安徽农学通报,2017,23（17）:82-84.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议