废弃麻织物制备活性碳研究

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1、废弃麻织物制备活性碳研究李登新江旭佳仝伟（东华大学环境学院，上海，201620）摘要：本文以废弃的麻纤维作为原料，运用氯化锌作为活化剂制备活性炭，研究活化剂浓度、浸渍浓度、活化温度、活化时间对活性炭特性的影响。研究表明，制备活性炭的最佳条件为040%的氯化锌将样品在常温下浸渍24h,放在900C温度下碳化并活化lOmin。在此最桂条件下制备出的活性炭比表而积为1301.29m2/g。关键词：废弃麻纤维，活性炭制备，活化，热解随着世界人口不断增长，社会不断进步，纺织品消费量越来越大，而废弃纺织品也越来越多。我国有13亿

2、人口，人均年消费4kg纤维，发达国家人均年消费6-7kg纤维［1-2］。如果按废弃10%-20%纤维用量计算，则我国每年废弃的纤维总量达到5.2X105t〜1.04X106t。纺织固体废弃物如果处置不当，不但浪费资源，必然会直接或间接污染空气，对土壤、水体造成严重污染，如它们的渗出液中所含有毒物质渗入土壤后，会改变土壤结构，影响土壤中微生物的活动，妨碍植物根系生长或在植物体内积累。然而，我国是个资源匮乏的国家，而纺织固体废弃物又是一种资源。因此，废弃纺织品回收利用既有环保性、又有经济性。由废弃麻织物制备活性碳是一种资

3、源化思路［3-6］。1实验内容、分析方法及步骤1.1活性炭制备的实验步骤本实验采用化学活化法用氯化锌为活化剂，采用一步活化法即直接活化的方法制备活性炭。制备活性炭的主要步骤如下：(1)称量多少克氯化锌，制成一定浓度的水溶液，倒入烧杯中，将一定重量的麻布放入烧杯屮，常温下浸泡24h。浸泡时在烧杯门封上保鲜膜，防止溶液挥发。(2)将浸泡好的麻布放在自制管式炉内进行热解，具体步骤如下：1)打开空压机和氮气发生器放空阀，30min后关闭放空阀，以保证氮气的纯度。2)将浸渍后的废弃麻布放入管式炉后通氮气30min，以350ml

4、/min的速率赶走炉中的空气。3)30min分钟后开始热解升温，以25oC/min的升温速率升温，待达到要求的温度后根据实验设计要求停留一段时间。4)热解完毕后自然冷却，继续通氮气，待炉内温度降至250oC以后，将样品从炉内取出。实验原理图见图1。图1自制管式炉示意图1.2活性炭洗涤与漂洗用O.lmol/I的盐酸洗涤样品，再用热水进行漂洗直至呈中性，最后用蒸馏水洗涤两次。将洗好的样品放在烘箱内在105oC下烘干。1.3活性碳产率计算将烘干的样品称重，计算碳化活化后的活性炭产率，碳化活化后的产率可由下面的式子计算，失重

5、率为100-P:P(%)=(wl-w2)/wl*100P…活化过程损失的重量（％）W1…活化后的重量（g）W2---原料的重量（g）1.4活性炭的性质测试用比表面积孔隙度及化学吸附分析仪测得活性炭的比表面积、孔容、孔分布，所用仪器为美国Micromeritics公司产的ASAP2010M+C比表面积孔隙度及化学吸附分析仪。2实验结果与讨论2.1正交实验结果与讨论为了选择最佳的实验条件，首先进行了4因素三因子正交实验，活性炭产率、吸附碘值结果见表1、表2。从正交结果可以看出制得活性炭的碘值随着活化温度、活化时间、浸渍浓

6、度、浸渍温度的增多而增大，而热解后得到的活性炭质量（即产量）随着活化温度、浸渍温度、活化时间、浸渍浓度的增大而减小，其中影响活性炭碘值的因素从大到小依次排列为：浸渍浓度>活化温度>活化时间>浸渍温度。而影响活性炭产率的因素从大到小排列依次为：活化温度>活化时间>浸渍温度>浸渍浓度。表1制得活性炭吸附碘值直观分析表表2活性炭产率直观分析表2.2活性炭制备的单因素实验单因素实验的主要目的在于进一步优化制备活性炭的最佳条件0(1)浸溃浓度的单因素实验浸渍浓度的单因素实验屮其它因素均取正交

7、实验的最佳值，即浸渍温度取70C,热解时间取70min,活化温度分别取300oC，450oC,900oC,以探宄在不同活化温度下，浸渍浓度的变化趋势。在此条件下吸附值和产率随浸渍浓度的变化趋势如图2和图3所示。从图2可以看出在三个温度下，随着浸溃浓度的增加，活性炭吸附碘值先逐渐增大，当浸溃浓度大于40%，吸附值开始逐渐减小。普遍认为,氯化锌在整个活化过程中起到了脱氢的作用，使得原料表面形成碳的骨架以及孔结构［6-9］。IbrahimKula等［2］则认为氯化锌化学活化法的作用机理尚未有人弄淸，但是从活化后活性炭产品的

8、电镜分析来看，氯化锌在活化过程中起到了刻蚀原料表面的作用，即在活化过程当中那些在浸溃时表面被氯化锌占据的点形成了许多小孔。从这个理论出发就不难解释碘值随着浸渍浓度先增大后减小的现象。当浸渍浓度小于40%吋，随着活化剂浓度的增加，原料表面氯化锌的分布越来越密集，那么这些氯化锌占据的点位经活化后就形成了一个个密集的小孔，但过了40%后，活化反应更加