摘要：用化學(xué)法和化學(xué)-物理法制備果殼（杏核、松子殼、核桃殼等）顆粒活性炭，并同時對諸影響因素作了研究。 其中化學(xué)法杏核炭的得率為34.2%，這較傳統(tǒng)物理法活化在得率上高出近兩倍；化學(xué)-物理法的杏核炭的得率為48.1%。經(jīng)過對各項指標的檢測，化學(xué)法制備的活性炭可用作木質(zhì)凈水用炭和木質(zhì)味精用炭，后者可用作提金炭。

1 概述

果殼顆�；钚蕴繎�(yīng)用相當廣泛，其生產(chǎn)工藝國內(nèi)外基本上采用物理法，通常物理法活性炭得率對果殼而言只有8%～10%，有的還更低。由于得率低，再加上資源有限，使得果殼活性炭產(chǎn)量低，價格高。因此改進工藝，提高活性炭得率對緩解果殼資源緊張和增加企業(yè)收益都具有重要意義。

可用作生產(chǎn)活性炭的果殼原料有很多種，目前只是杏核和椰殼得到了廣泛的應(yīng)用，相對而言其他的果殼原料（如：松子殼、核桃殼等）沒有得到人們的重視。當然這也與產(chǎn)地分散、產(chǎn)量相對小、收集困難等客觀因素有關(guān)。但我們認為從長遠來看這也不失為一個考慮開發(fā)的方向。

原料中浸入一定量的化學(xué)藥劑，會大大提高活性炭產(chǎn)品的收率這是人們的共識，也是化學(xué)法生產(chǎn)活性炭本身具有的特點。另外化學(xué)法活化溫度（400～600℃）較物理法也要低得多，而且通過調(diào)節(jié)化學(xué)活化劑的用量可以實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量和性能的控制，實現(xiàn)針對市場的需要來進行生產(chǎn)。

化學(xué)-物理法生產(chǎn)活性炭是近些年提出來的將兩種傳統(tǒng)生產(chǎn)方法結(jié)合起來的一種新的生產(chǎn)方法，即用少量化學(xué)藥劑浸漬或處理炭化料，然后再用水蒸氣等進行活化的工藝。這種工藝在實驗室里研究頗多，可以在很大程度上提高產(chǎn)品收率，但應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的還沒有。本課題分別研究化學(xué)法和化學(xué)-物理法生產(chǎn)果殼活性炭的諸影響因素。

2 原料及成分分析

實驗所用原料山核桃殼和松子殼為哈爾濱地區(qū)所產(chǎn)，杏核為北京地區(qū)所產(chǎn)。其組成成分如表1。

表1 3種果殼原料組成

種類	水分	灰分	苯醇抽出物	木質(zhì)素	纖維素	半纖維素
杏核	10.35	0.475	4.63	26.03	29.98	35.26
山核桃殼	9.59	0.663	3.71	38.05	30.88	27.26
松子殼	10.63	0.712	3.59	31.28	31.28	26.90

實驗所采用椰殼炭化料和杏核炭化料，為北京提供。其成分分析如表2。

表2 2種炭化料的組成%

炭種	含水率	灰分	揮發(fā)分	固定碳
椰殼炭化料	6.90	3.42	18.65	77.93
杏核炭化料	7.40	2.49	12.00	85.51

3 化學(xué)法工藝研究

3.1 工藝說明

采用磷酸為活化劑。將原料粉碎到一定粒度后，用活化劑水溶液浸漬。浸漬好的原料在一定活化溫度下活化，再經(jīng)過活化劑回收等步驟后得到成品。

3.2 影響因素

活化過程的主要影響因素有活化時間、活化溫度及磷料比和升溫速率等, 因此選擇杏核為試驗原料，升溫速率為20℃/min，結(jié)果見表3～表5。

表3 活化溫度的影響

活化溫度（℃）	得率（%）	碘值（mg/g）	強度（%）
340	42.9	847.9	70.4
370	42.0	920.0	72.1
400	41.9	954.7	73.5
500	38.7	996.0	76.8
600	34.6	998.0	77.4

注：活化時間20min，磷料比0.5g/g。

表4 活化時間的影響

活化時間（min）	得率（%）	碘值（mg/g）	強度（%）
10	37.6	1054.3	76.6
60	35.6	991.3	79.6
120	32.0	766.4	80.7
180	29.8	740.2	80.6

注：活化溫度450℃，磷料比0.5g/g。

表5 磷料比的影響

磷料比	得率（%）	碘值（mg/g）	強度（%）
0.26	44.5	785.9	69.1
0.35	43.8	889.4	72.7
0.44	43.1	977.0	73.6
0.55	42.2	987.0	74.0
0.57	42.0	1012.0	74.7
0.61	39.4	1003.9	73.5
0.64	38.2	994.7	70.1

注：本文中強度測定系采用三根筋 ，10個鐵球的裝置，與現(xiàn)在通行的測定方法相比數(shù)值偏低；活化溫度450℃，活化時間20min。

大量的實驗研究證明：

⑴隨著活化溫度的提高得率呈下降趨勢，而碘值和強度則升高；

⑵得率和碘值隨活化時間的延長而下降，而強度卻略有提高；⑶磷料比小于0.35時不能得到很好的活化效果， 隨著磷料比的增加產(chǎn)品得率下降而碘值和強度則是先上升后下降，因此，我們認為磷料比控制在0.4～0.6g/g的范圍內(nèi)比較適宜。

3.3 較佳工藝條件及產(chǎn)品性能指標

采用正交實驗法，在大量實驗的基礎(chǔ)上我們確定了較佳工藝條件，其范圍在：活化溫度400～600℃；活化時間20～120min；藥液濃度50%～70%。較佳工藝條件下制得的產(chǎn)品孔隙結(jié)構(gòu)分析及常規(guī)分析見表6和表7。

表6 產(chǎn)品孔隙結(jié)構(gòu)分析

炭種	比表面積（m2/g）	總孔容（cm3/g）	微孔容（cm3/g）	優(yōu)勢孔徑
杏核炭	1857.80	1.31	0.48	28.1
松子殼炭	1587.41	0.82	0.35	20.6
核桃殼炭	1674.22	0.91	0.26	21.7

表7 較佳工藝條件下產(chǎn)品常規(guī)分析

項目	灰分（%）	碘值（mg/g）	亞甲藍（mL/0.1g）	硫化物	鐵含量（mg/g）	氮含量（mg/g）	酸溶物（%）	充填密度	強度（%）
杏核炭	3.88	1104.7	9.2	微量	＜0.05	0.10	1.21	0.382	74.4
松子殼炭	3.76	1054.7	9.1	微量	＜0.05	0.10	1.08	0.374	72.2
山核桃殼炭	4.01	1038.2	9.0	微量	＜0.05	0.10	1.14	0.395	78.7

4 化學(xué)-物理法工藝研究

4.1 工藝說明

化學(xué)-物理法本實驗中同樣是以磷酸浸漬炭化料，然后用水蒸氣法去活化。通過對影響因素的分析，利用正交實驗得到了較佳工藝條件，見表8 。水蒸氣用量為炭化料量的6倍。

表8 化學(xué)-物理法較佳工藝條件

炭種	活化溫度（℃）	活化時間（min）	藥液濃度（%）
杏核	900	100	1.0-2.0
椰殼	900	90	1.0-2.0

4.2 產(chǎn)品性能指標

在較佳工藝條件下制備試樣，進行檢測分析，其平均得率為：杏核48.1%，椰殼46.3%。主要的性能指標結(jié)果如表9。

表9 化學(xué)-物理法產(chǎn)品性能指標

炭種	碘值(mg/g)	灰分（%）	強度（%）	比表面積（m2/g）	總孔容積（cm3/g）	優(yōu)勢孔徑
杏核活性炭	1011.7	2.08	97.6	1857.8	1.31	28.1
椰殼活性炭	924.6	2.22	98.1	1674.2	0.91	21.7

5 結(jié)論

5.1) 化學(xué)法制備果殼顆�；钚蕴渴强尚械摹Ｒ怨麣�為原料（杏核、核桃殼 、松子殼），磷酸法生產(chǎn)不定型顆�；钚蕴�，得率在30%以上。較傳統(tǒng)物理法生產(chǎn)在得率上提高約2倍。

5.2) 從產(chǎn)品檢測結(jié)果來看，根據(jù)GB/ T13804-92和GB/T13803-92，化學(xué)法制備的顆粒炭可以用作木質(zhì)味精精制用炭等用途。

5.3) 以杏核和椰殼炭化料為原料，磷酸化學(xué)-物理法制備活性炭得率分別為48.1%和46.3%，通過分析其各項指標，根據(jù)林業(yè)部標準LY/T1125-93，可用作提金炭。

5.4) 從得率上看，如化學(xué)法應(yīng)用于生產(chǎn)實際則有巨大的經(jīng)濟效益。用本工藝生產(chǎn)1t活性炭需原料約3t，而物理法則至少需要9t。不但節(jié)省原料而且不需要單獨的炭化過程。以1t杏核500元計，則僅此1項每噸產(chǎn)品可降低原料費用3000元。