活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　油棕叶主要用于动物食品，硝化纤维素和堆肥。实际上，它含有纤维素，半纤维素，木质素，极有可能被用作通过热解和浸渍工艺制造活性炭和木炭的资源。这表明油棕叶可以进一步加工成有利的产品。制备木炭和活性炭有两个阶段。第一阶段称为热解，这是在没有氧气和其他化学物质的情况下的燃烧过程。同时，第二阶段，即浸渍。浸渍是通过破坏烃键或氧化分子表面来扩大木炭的孔，这将导致木炭的性质发生变化。表面积变大并具有作为吸附剂的作用。因此，本研究的目的是根据工业标准，将油棕叶转化为木炭或活性炭等优质产品。

　　制造方法

　　用油棕叶制造活性炭的过程分为几个阶段：(1)制备油棕叶，(二)木炭生产，(3)生产活性炭，(4)最终产品木炭和活性炭的性能比较分析。首先，将一小片油棕叶在烤箱中于105摄氏度中干燥，直到重量恒定。然后，将热解过程在150，200和250摄氏度中进行90分钟。接下来，将木炭放入烤箱使其干燥，然后用球磨机将其磨平以得到140目粒度。在进行化学活化时，使用浓度为0%，2.5%，5%和7.5%的碳酸钠作为活化剂(Na 2 CO 3)。该过程在80℃的烘箱中进行2小时，然后在室温下浸渍24小时。过滤得到的活性炭，用蒸馏水洗涤，并用烤箱干燥。最后，使用几种方法分析了木炭和活性炭的最终产品。这包括木炭产量的分析，近似分析和定量分析。

　　产量

　　油棕叶炭产率与温度之间存在反比关系，即当热解温度升高时，木炭产率会降低。几位学者发现这是由于原料的分解过程以及产生不凝性气体的结果。

　　碘值

　　从图1可以看出，热解温度具有增加活性炭和木炭的碘值的作用，因为它增加了热解反应器中的压力，从而促进了碳链的断开。这也导致了转移碳的数量增加。会在热解过程中诱发碳氢化合物和其他有机化合物的分解。此外，它增加了木炭和活性炭孔的表面积。

　　较高的活化温度将导致更好地形成孔，这将增加吸附能力。木炭或活性炭中的C和H键完全释放，这导致微晶碳板移动，形成新的孔。正如所料，活性炭中的碘值与活化剂浓度成正比。较高浓度的活化剂将使其更易于与焦油和热解过程中的挥发性物质结合。木炭和活性炭之间的碘值有所不同，前者要低于后者。活化剂的浸渍能够还原非碳化合物，从而扩大活性炭的孔表面。

　　图1：活性炭和木炭的碘值。

　　含水量

　　水含量的增加与活化剂浓度的增加成正比。活化剂浓度的增加将导致化合物更好的溶解过程。因此，孔将增加，导致活性炭增加以吸收空气中的水。与木炭产量相似，木炭和活性炭的热解温度与水含量之间也存在反比关系。温度的升高导致水含量的降低，最终将增加孔的形成。

　　灰分

　　与温度对木炭产量和水含量的影响相反，灰分含量的增加与热解温度的增加成正比，并导致无机元素的积累。通常，活性炭和木炭之间的灰分组成存在差异，其中活性炭的灰分低于木炭。这是由于以下事实：木炭仍包含较高的焦油和有机矿物质，并会触发金属氧化物的形成，从而增加活性炭上的灰分。此外，由于热解过程中会形成无机盐以及二氧化硅含量的增加，灰分的含量也会增加。

　　挥发性物质

　　活化剂的浓度由于其改变活性炭的结构和性质的能力而具有减少挥发性物质的作用。碳酸钠会降解有机物质，并会削弱活性炭的表面结构。之后，挥发性物质将被释放并建立活性炭的微孔结构。其他发现表明，温度升高将改善非碳化合物的分解性能，并且还将减少挥发性物质。

　　固定碳

　　活化剂浓度的增加具有增加固定碳百分比的作用，而温度的升高则引起固定碳浓度的波动。固定碳含量的值受水分，灰分和活性炭挥发物的影响。其他研究也发现，纤维素和木质素的含量也会影响固定碳的含量。

　　SEM分析

　　从图2可以看出，木炭上的孔表面很小。另一方面，活性炭表面上有更多的孔分布和空腔。非碳化合物的蒸发和溶解过程导致了孔隙的不同结构。与活性炭相比，活性炭的表面更宽且更分散，与前者相比更粗糙，更不规则。活化剂可以起到扩大活性炭孔隙的作用，最终将扩大吸附表面。

　　图2：木炭(a)和活性炭(b)的扫描电子显微镜(200x)。

　　在油棕叶制成的活性炭产率为30.64%，水含量为6.55%，灰分为13.11%，挥发性物质为13.46%，固定碳为67.67%，而木炭的水含量为4.21%，灰分为17.91%，挥发性物质为14.42%，固定碳为66.33%。木炭或活性炭的多孔体在吸附过程中具有性能。FTIR分析表明，木炭和活性炭都倾向于更极性，并且包含活性炭的特定键。SEM分析表明活性炭包含粗糙且分布的多孔满足用于水净化，糖，酒精或用作甲醛挥发吸附剂。

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