用花生壳制备活性炭的研究孙保帅.docx
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用花生壳制备活性炭的研究孙保帅
第30卷第4期河南工业大学学报（自然科学版
Vo.l30,No.42009年8月JournalofHenanUniversityofTechnology（NaturalScienceEditionAug.2009
收稿日期:
2008-08-02
基金项目:
河南省教育厅自然科学研究计划项目（2009B530002作者简介:
孙保帅（1976-,男,河南开封人,硕士,讲师,主要从事精细化工、化工热力学的教学与研究.
文章编号:
1673-2383（200904-0045-04
用花生壳制备活性炭的研究
孙保帅,俞力家,龚彦文
（河南工业大学化学化工学院,河南郑州450001
摘要:
研究了花生壳活性炭的制备方法.采用正交实验设计比较了磷酸、氯化锌、氢氧化钾、硫酸4种活化剂以及活化温度、活化时间、活化剂浓度、液固比等各因素对花生壳活性炭性能的影
响,并用亚甲基蓝的吸附值和比表面积对所得样品进行了表征.实验结果表明,磷酸活化法所得的活性炭性能最好,采用50%磷酸,液固比2B1处理花生壳,在350~400e活化4h,活性炭的亚甲基蓝吸附值可达15.0mL,比表面积为772.792m2
/g,活性炭产率45%~48%.关键词:
花生壳;化学活化法;活性炭;吸附中图分类号:
TS209文献标识码:
B
0前言
活性炭是一种优质吸附剂,具有独特的孔隙结构和表面活性官能团,具有足够的化学稳定性、机械强度及耐酸、耐碱、耐热,以及不溶于水和有机溶剂,使用失效后容易再生等良好性能,使它在食品加工、制药、化学、冶金、农业、环保等方面有着极其广泛而重要的用途.用花生壳制备活性炭原料易得,操作工艺简便.花生是我国主要的油料作物,其总产量和出口量均居世界首位
[1]
.我国花生年总产
量达1500万t左右[2]
占世界花生总产量的42%,
每年约可产500万t花生壳[3]
.而这些花生壳没有或者很少被有效利用,造成了资源的极大浪费,因此研究花生壳制活性炭具有重要意义.
生物质活性炭生产的方法主要分为物理活化法和化学活化法两种.化学活化法是在原材料中加入影响热解反应并抑制焦油生成的脱水剂,进行一步炭化和活化.化学活化法因原料不同制造方法各有差异,但其工艺过程基本一致.化学活化一般包括磷酸活化法[4-5]
氯化锌活化法
[6]
氢氧化钾活化法
[7-8]
和其他化学品活化法
[9-11]
其
中最为常用的是氯化锌活化法和磷酸活化法.一
般认为氯化锌在活化过程中起脱氢作用
[12-14]
.氯
化锌活化法是成熟工艺,应用较早,优点是工艺简单,操作方便,原料利用率高,产品脱色率高等.但也存在环境污染,氯化锌回收困难,成本高等缺陷.采用磷酸作为活化剂制备活性炭可以克服氯化锌活化工艺的缺点,但也存在对装置要求高（通常需要耐高温磷酸腐蚀的理想材料,制备出的活性炭灰分普遍较高等问题,影响该工艺的工业规模生产和应用推广.磷酸活化法中磷酸的加入降低了炭化活化温度,在150e就开始形成微孔,200~450e主要形成中孔,在400e左右就可以制备出收率高,质量较好的活性炭.由于在炭化活化过程中磷酸和木质素和纤维素进行结合,可制备不同孔径的活性炭,木质素主要参与微孔的形成,纤维素主要参与中孔的形成.活性炭孔隙分布的改变可通过改变活化温度和原料与磷酸配比来实现
[15-17]
.从各种不同活化工艺制得的花生
壳活性炭的收率来看,氯化锌活化法制备花生壳活性炭的收率略高于磷酸活化法制备工艺.目前有关制备花生壳活性炭的工艺还没有工业化应用的报道,仅仅停留在实验室阶段.
物理活化法通常包括两个步骤,首先是对原料进行炭化处理以除去其中的可挥发成分,使之生成富碳的固体热解物,然后用合适的氧化性气体对炭化物进行活化处理,通过开孔、扩孔和创造新孔,形成发达的孔隙结构,根据使用的活化气体不同可以分为水蒸气活化法
[18]
、二氧化碳活
化法、空气活化法等.常用的有水蒸气活化法、
46河南工业大学学报（自然科学版第30卷
CO2活化法和高温烟道气活化法.活化过程中发
生如下反应:
C+H2O=H2+CO（$H=+117kJ/mol
C+CO2=2CO（$H=+159kJ/mol
物理活化法的缺点是需要非常高的温度,而
且常常需要在惰性气体的保护下进行.
1实验部分
1.1原料与试剂
亚甲基蓝:
上海山浦化工有限公司;花生壳取
自河南省延津县胙城乡,含水量10.58%,灰分
3.933%,木质素28.52%.
1.2主要仪器与设备
SXL1008型马弗炉:
上海精宏实验设备有限
公司;KQB型玻璃仪器气流烘干器:
巩义市予华
仪器有限责任公司;DZF605型真空干燥箱:
上海
精宏实验设备有限公司;SZ93型自动双重纯水蒸
馏器:
上海亚荣生化仪器厂;MONOSORB型比表面
积分析仪:
美国康塔仪器公司.
1.3实验方法
本实验采用化学活化法,先将花生壳洗净、烘
干、粉碎过20目筛.将粉碎后的花生壳与一定浓度
的活化剂溶液按一定的液固比混合均匀,充分搅
拌后放置14h,再将其移至带盖坩埚中,置于马弗
炉中,在一定温度下活化一定时间,取出冷却,以
1%稀盐酸或热水洗涤,再用蒸馏水洗涤至pH值
为5~7,110~120e下烘干,研磨,用200目筛筛
分,即得到活性炭产品.
影响产品活性炭性能的因素主要是活化剂、
活化剂的浓度、液固比、活化温度、活化时间等.这
些因素都有合适的范围,太大了造成浪费,太小了
效果不好.在单因素实验的基础上,笔者利用正交
实验法比较磷酸、氯化锌、氢氧化钾、硫酸4种化
学试剂活化所制花生壳活性炭的吸附性能,同时
考察活化温度、时间等因素对所制活性炭性能的
影响,实验方案按L16（45正交表安排,正交实验
的因素与水平见表1.
表1正交实验因素与水平
水平
因素
活化剂液固比活化剂浓度/%活化温度/e活化时间/h
AZnCl21304001
BH2SO42405002
CKOH2.5505503
的产率的测定和计算
（1由BET方程:
p
V（p0-p
=
1
CVm
+
C-1
CVm
@p
p0
采用氮气吸附法（详见GB/T19587-2004测量Vm,则活性炭的比表面积
A=4.35
Vm
m
式中:
m为试样质量,g;Vm为饱和单分子层吸附所需吸附质的体积;V为吸附平衡时的气体吸附量（标准状况计算,mL;p为平衡压力;p0为平衡温度下吸附质的饱和蒸气压;C为与吸附焓有关的常数（标准状况计算,mL.
（2根据木质活性炭亚甲基蓝吸附值的试验方法（详见GB/T12496.10-1999测定亚甲基蓝吸附量.
（3活性炭产率
x=
m1
m0
@100%
式中:
m1为生成活性炭的量,g;m2为加入花生壳的量,g.
2结果与讨论
2.1实验条件对活性炭吸附性能的影响
2.2实验条件对活性炭产率的影响
图1表明随着活化温度的增加,活性炭产率单调下降,原因是温度越高,花生壳裂解程度越高,失重越甚.同样,即使在相同的温度下,活性炭产率随着活化时间的增加而单调下降（图2.因
第4期孙保帅等:
用花生壳制备活性炭的研究47
此,无论从性能讲,还是从产率讲,都需要确定最佳的活化温度和时间.
表2实验方案及结果
序号活化剂液固比溶剂
浓度活化温度活化时间亚甲基蓝吸附值量/mL
1AAAAA12ABBBB9.03ACCCC10.04ADDDD11.05BABCD16BBADC17BCDAB18BDCBA19CACDB2.010CBDCA111CCABD112CDBAC113DADBC4.514DBCAD15.015DCBDA3.516
D
DACB4.0
6.750
4.375
5.250
0.625
5.375
3结论
通过正交实验及结果分析表明,磷酸活化法
48%,比表面积772.792m2
/g.参考文献:
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ACTIVATEDCARBONPREPARATIONFROMPEANUTSHELLS
SUNBao-shua,iYUL-ijia,GONGYan-wen
（SchoolofChemistry&ChemicalEngineering,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China
Abstract:
Preparationofactivatedcarbonfrompeanutshellswasinvestigated.Orthogonalexperimentaldesignwasusedtocomparetheeffectsoffouractivatingagentsincludingphosphoricacid,zincchloride,potassiumhydroxideandsulfuricacid,anddifferentfactors,suchasactivationtemperature,activationtime,concentra-tionoftheactivatingagents,andtheliquid/solidratio,ontheperformanceofpeanutshellactivatedcarbon;andtheobtainedsamplewascharacterizedbymethyleneblueadsorptionvalueandspecificsurfacearea.Theresultsshowedthatphosphateacidisthebestactivatingagen.tActivatedcarbonwithmethyleneblueadsorp-tionvalue15.0mL,specificsurfacearea771.792m2/gandyield45%~48%canbepreparedbyactivatingpeanutshellswith50%phosphoricacidattheliquid/solidratioof2B1,temperature350~400e,andreac-tiontime,4h.
Keywords:
peanutshel;lchemicalactivationmethod;activatedcarbon;adsorption
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