陳 志，姚小元，張春桂，吳惠萍，李 霞，林冠烽，3，柯金煉

(1.福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福建 福州 350002； 2.福建金閩再造煙葉發(fā)展有限公司，福建 羅源 350600； 3.福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(武夷學(xué)院)，福建 武夷山 354300； 4.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012)

磷酸法顆?；钚蕴繉?duì)無水乙醇的吸附性能

陳 志1，姚小元2，張春桂1，吳惠萍1，李 霞1，林冠烽1，3，柯金煉4

(1.福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福建 福州 350002； 2.福建金閩再造煙葉發(fā)展有限公司，福建 羅源 350600； 3.福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(武夷學(xué)院)，福建 武夷山 354300； 4.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012)

采用磷酸活化法制備木質(zhì)顆?；钚蕴?，并探討其對(duì)無水乙醇的吸附性能。結(jié)果表明，隨著捏合溫度、捏合時(shí)間、浸漬比、活化溫度和保溫時(shí)間的增加，活性炭的乙醇吸附率呈先升后降的趨勢。在較佳生產(chǎn)工藝：捏合溫度130 ℃，捏合時(shí)間60 min，浸漬比1.25，活化溫度450 ℃和保溫時(shí)間1.0 h下，顆?；钚蕴康囊掖嘉铰蕿?3.38%。

磷酸活化法；顆?；钚蕴浚粺o水乙醇；吸附性能

在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)過程中，有些行業(yè)如：印刷行業(yè)和涂裝行業(yè)，需要使用乙醇、苯、甲苯和丙酮等有機(jī)化合物為溶劑。因有機(jī)溶劑具有易揮發(fā)的特性，在使用過程中如果未經(jīng)妥善處理，直接排放，將散發(fā)于工作環(huán)境和大氣中，不僅造成資源浪費(fèi)，而且危害操作工人的健康及人們的生活環(huán)境[1-2]?；钚蕴康忍抠|(zhì)吸附材料作為一種環(huán)境友好型吸附劑，廣泛應(yīng)用于氣相吸附、液相吸附和催化劑載體等領(lǐng)域[3-4]。在乙醇等有機(jī)溶劑的吸附方面，國內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量研究。Bouzid等[5]采用統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的方法對(duì)活性炭吸附乙醇的過程進(jìn)行研究。Frazzica等[6]研究了基于活性炭/乙醇工質(zhì)對(duì)的吸附式制冷機(jī)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與測試。Brancato等[7]研究了活性炭對(duì)乙醇的動(dòng)態(tài)吸附過程，并應(yīng)用于吸附熱交換機(jī)。曾樂等[1]通過動(dòng)態(tài)吸附法研究活性炭纖維對(duì)乙醚、乙醇及其混合氣體的吸附性能。遲廣俊等[2]采用K2SO4溶液浸漬，并通過二次熱處理對(duì)活性炭纖維進(jìn)行改性，用于吸附乙醇。本文探討磷酸法顆?；钚蕴康纳a(chǎn)過程中浸漬比、捏合溫度、捏合時(shí)間、活化溫度和活化時(shí)間等對(duì)活性炭吸附乙醇性能的影響，以期為磷酸法顆粒活性炭的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1原料、試劑與儀器

杉木屑來源于三明沙縣，取粒徑0.38～0.15 mm為試驗(yàn)原料。磷酸、乙醇等化學(xué)藥品均為分析純。高溫爐產(chǎn)于德國納博熱公司，型號(hào)Nabertherm L9/11/SKM，具有自動(dòng)程序升溫的功能；捏合擠條機(jī)產(chǎn)于南京恩索集團(tuán)有限公司。

1.2顆?；钚蕴康闹苽浞椒?/p>

實(shí)驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)[8-9]，將杉木屑與磷酸溶液按浸漬比(Xp，磷酸與杉木屑質(zhì)量的比值)1.0、1.25、1.50混合?；旌暇鶆蚝?，把混合物置于捏合擠條機(jī)中，在120～140 ℃下捏合熱處理60～80 min。在捏合熱處理過程中，木質(zhì)原料產(chǎn)生塑化，形成具有一定粘彈性的原料，即為捏合物料。捏合結(jié)束后，取出捏合物料于油壓成型擠條設(shè)備擠出成型，形成直徑為4 mm的柱狀物，并將柱狀物在140 ℃下處理2 h進(jìn)行硬化；然后于高溫爐中350～550 ℃下保溫0.5～2.0 h進(jìn)行活化處理。冷卻至室溫，取出用蒸餾水洗滌至pH值5～6，烘干，即為顆粒活性炭產(chǎn)品。

1.3性能測試

乙醇吸附采用增重法進(jìn)行測定：稱取活性炭2 g裝于稱量瓶中，然后將裝有顆?；钚蕴繕悠返姆Q量瓶置于放有無水乙醇的干燥器中，靜止吸附24 h后，測得活性炭樣品質(zhì)量的增量，與樣品質(zhì)量之比即為乙醇吸附值。

2 結(jié)果與分析

2.1捏合溫度的影響

采用浸漬比1.25浸漬物料，并在120～140 ℃下捏合60 min，制備捏合物料；然后在450 ℃下保溫1 h，制備自成型顆粒狀活性炭，結(jié)果見圖1。由圖1可知，活性炭的乙醇吸附性能隨著捏合溫度的升高，呈先升后降的趨勢，捏合溫度為130 ℃時(shí)，達(dá)到最大，為63.38 %。其中120～130 ℃時(shí)，有較大幅度的上升。

2.2捏合時(shí)間的影響

采用浸漬比1.25浸漬物料，并在130 ℃下捏合50～80 min，制備捏合物料；然后在450 ℃下保溫1 h，制備自成型顆粒狀活性炭，結(jié)果見圖2。由圖2可知，活性炭的乙醇吸附性能隨著捏合時(shí)間的延長，呈先升后降的趨勢，捏合時(shí)間為60 min時(shí)達(dá)到最大。其中，捏合時(shí)間60～70 min階段，乙醇吸附性能有較大幅度的降低，從51.44%降為39.24%。這是由于隨著捏合時(shí)間的延長，磷酸在木質(zhì)原料中有較充分的滲透，故吸附性能有所提升。而捏合時(shí)間太長，磷酸將對(duì)木質(zhì)原料的表面產(chǎn)生破壞，不利于吸附性能的提高。

2.3浸漬比的影響

采用浸漬比1.0～1.5浸漬物料，并在130 ℃下捏合60 min，制備捏合物料；然后在450 ℃下保溫1 h，制備自成型顆粒狀活性炭，結(jié)果見圖3。由圖3可知，活性炭的乙醇吸附性能隨著浸漬比的上升，呈先升后降的趨勢，在浸漬比為1.25時(shí)達(dá)到最大。在浸漬比1.0～1.25階段，乙醇吸附性能有較大提高。這與磷酸活化法的作用機(jī)制有關(guān)，活性炭的孔隙主要含磷化合物洗脫之后暴露出來。浸漬比較大時(shí)，含磷化合物占據(jù)的空隙較多，故孔隙結(jié)構(gòu)較發(fā)達(dá)，吸附性能較高。然而，浸漬比太高，磷酸將于木質(zhì)原料產(chǎn)生反應(yīng)，反而破壞了其孔隙結(jié)構(gòu)，不利于吸附性能的提升。

2.4活化溫度的影響

采用浸漬比1.25浸漬物料，并在130 ℃下捏合50～80 min，制備捏合物料；然后在350～550 ℃下保溫1 h，制備自成型顆粒狀活性炭，結(jié)果見圖4。由圖4可知，活性炭的乙醇吸附性能隨著活化溫度的升高，呈先升后降的趨勢，活化溫度為400 ℃時(shí)，達(dá)到最大，為70.84%。在450～500 ℃階段，降低幅度較大，從63.38%降為39.32%。這是由于較低活化溫度時(shí)，活化反應(yīng)進(jìn)行得不充分，不利于孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)；而活化溫度太高，將引起相鄰微孔結(jié)構(gòu)的坍塌，形成大孔和中孔，不利于吸附能力的提高。然而400 ℃時(shí)，顆?；钚蕴康膹?qiáng)度較低。結(jié)合強(qiáng)度和吸附性能的影響，活化溫度以450 ℃為宜。

圖1 捏合溫度的影響

圖2 捏合時(shí)間的影響

圖3 浸漬比的影響

圖4 活化溫度的影響

圖5 保溫時(shí)間的影響

2.5保溫時(shí)間的影響

采用浸漬比1.25浸漬物料，并在130 ℃下捏合60 min，制備捏合物料；然后在450 ℃下保溫0.5～2 h，制備自成型顆粒狀活性炭，結(jié)果見圖5。由圖5可知，活性炭的乙醇吸附性能隨著保溫時(shí)間的延長，呈先升后降的趨勢，保溫時(shí)間為1.0 h時(shí)達(dá)到最大。其中，在0.5～1.0 h范圍大幅上升，1.5～2.0 h階段變化不大。

3 結(jié)論

采用磷酸活化法制備木質(zhì)自成型顆粒活性炭，并研究其乙醇的吸附性能。結(jié)果表明，隨著捏合溫度、捏合時(shí)間、浸漬比、活化溫度和保溫時(shí)間的增加，活性炭對(duì)乙醇的吸附性能呈先升后降的趨勢。在較佳生產(chǎn)工藝：捏合溫度130 ℃，捏合時(shí)間60 min，浸漬比1.25，活化溫度450 ℃和保溫時(shí)間1.0 h下，顆?；钚蕴康囊掖嘉铰蕿?3.38%。

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StudyonAdsorptionofDehydrationEthanolbyGranularActivatedCarbonPreparedbyPhosphoricAcidActivation

CHENZhi1，YAOXiaoyun2，ZHANGChungui1，WUHuiping1，LIXia1，LINGuanfeng1，3，KEJinlian4

(1.JinshanCollegeofFujianAgricultureandForestryUniverstiy，F(xiàn)uzhou350002，F(xiàn)ujian，China；2.FujianJinminReconstitutedTobaccoDevelopmentCo.，Ltd.，Luoyuan350600，F(xiàn)ujian，China；3.FujianProvincialKeyLaboratoryofEco-IndustrialGreenTechnology(WuyiUniversity)，Wuyishan354300，F(xiàn)ujian，China； 4.FujianAcademyofForestry，F(xiàn)uzhou350012，F(xiàn)ujian，China)

The granular activated carbons (GAC) were prepared by phosphoric acid activation，and the adsorption property of dehydration ethanol were analyzed.The results showed that with the raise of kneading temperature，kneading time，impregnation ratio，activation temperature and activation time the ethanol adsorption value of granular activated carbons showed a trend of first increased and then decreased.In optimal conditions for kneading temperature 130 ℃，kneading time 60 min，impregnation ratio 1.25，activation temperature 450 ℃ and activation time 1.0 h，the ethanol adsorption value of granular activated carbons was 63.38%.

phosphoric acid activation；granular activated carbon；dehydration ethanol；adsorption

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.011

2017-03-20；

： 2017-04-13

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201614046001)；福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目(JAT160684)；中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目(磷酸法自粘結(jié)木質(zhì)顆?；钚蕴可a(chǎn)技術(shù)示范，閩[2016]TG11號(hào))；福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金資助項(xiàng)目

陳志(1994—)，男，福建莆田人，福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院本科生，從事化學(xué)工程與工藝方面研究。E-mail：657214341@qq.com。

林冠烽(1983—)，男，福建泉州人，福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院副教授，從事林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)的研究。E-mail：guanfeng002@sina.com。

TQ424.1

： A

： 1002-7351(2017)03-0054-04