吳真　林鹿

摘要：為充分利用麥草資源，降低利用麥草制木糖成本，對麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備活性炭的條件進(jìn)行探討。結(jié)果表明，以麥草甲酸-鹽酸水解殘渣為原料制備活性炭，較佳的活化條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h，此時活性炭的得率為32.09%，脫色力為16 mL亞甲基藍(lán)，其脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，可以用于對木糖水解液的預(yù)脫色。

關(guān)鍵詞：麥草；水解殘渣；活性炭

中圖分類號：TQ424.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2014）01-0232-02

收稿日期：2013-05-18

基金項目：江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：HASZ2012029）。

作者簡介：吳真（1983—），男，江西九江人，工程師，主要從事植物資源化學(xué)研究工作。Tel：（0517）83526983；E-mail：scutwuzhen@126.com。麥草是一種蘊(yùn)藏著巨大經(jīng)濟(jì)效益的生物質(zhì)資源，麥草中含有30%左右半纖維素，可利用其制備木糖及木糖醇[1]。工業(yè)上一般采用酸法水解工藝水解生物質(zhì)原料中半纖維素組分制備木糖產(chǎn)品，這一過程往往會產(chǎn)生大量的水解殘渣。水解殘渣的主要組分為含碳量較高的纖維素和木質(zhì)素，可利用其制備活性炭并重新用于木糖水解液的脫色，可降低木糖生產(chǎn)成本[2]。

我們在前期研究中發(fā)現(xiàn)甲酸-鹽酸溶液可在低溫、可循環(huán)條件下有效地水解麥草中的纖維素及半纖維素[3]，得到可溶性糖類產(chǎn)物。甲酸本身有催化水解反應(yīng)的作用，且易于回收，能重復(fù)利用。本研究采用甲酸-鹽酸溶液水解麥草半纖維素，水解液用于制備木糖，水解殘渣用于制備活性炭，初步探討活性炭的制備條件。

1材料與方法

1.1材料

麥草取自山東，采用甲酸-鹽酸混合溶液水解麥草，過濾水解液并收集水解殘渣，通風(fēng)廚中風(fēng)干。麥草及麥草水解殘渣組分見表1。

1.2方法

1.2.1活性炭制備活性炭的制備一般分為兩步：第一步是在CO2或蒸汽或兩者混合氣體環(huán)境中含碳原料的高溫炭化，第二步是焦炭的活化。在化學(xué)法活化過程中，化學(xué)活化劑既作為脫水機(jī)又作為氧化劑，炭化與活化同時進(jìn)行，減少了實驗步驟，同時活化溫度較低，有利于形成多孔結(jié)構(gòu)[4]。本試驗采用ZnCl2作為活化劑，因ZnCl2能作為電子對的給予體和接受體中心與纖維素復(fù)合體的-OH基發(fā)生作用，導(dǎo)致纖維素分子間鏈的斷裂，形成鏈狀纖維素分子，極易環(huán)構(gòu)化形成縮合苯環(huán)平面狀結(jié)構(gòu)[5]，從而形成微孔、中孔、過度孔發(fā)達(dá)的縮聚碳。

本試驗設(shè)計的麥草水解殘渣制備活性炭工藝為：

粉末活性炭成品

1.2.2活性炭脫色指標(biāo)測定活性炭的脫色能力用亞甲基藍(lán)體積來表征[6]：稱取0.1 g亞甲基藍(lán)于250 g蒸餾水中，先取1 mL稀釋至200 mL，此時測得在665 nm處吸光度值為035（標(biāo)準(zhǔn)溶液）。然后移取一定的此溶液加入0.100 g的活性炭中，經(jīng)充分振蕩后，仍在波長665 nm處測得吸光度值在0.04～0.07范圍內(nèi)為止，所用亞甲基藍(lán)的加入量即為脫色力。

1.2.3自制活性炭與外購活性炭脫色效果比較稱取0.1 g亞甲基藍(lán)于250 g蒸餾水中，取4 mL，稀釋至200 mL（50倍），測定吸光度值。分別稱取自制活性炭粉末0.1、0.2、0.3、04、0.5 g（按順序編號1～5）及外購活性炭0.1、0.2、0.3、04、0.5 g（按順序編號6～10）。各加入已經(jīng)配制好的亞甲基藍(lán)10 mL，于665 nm處測量吸光度值，比較自制活性炭與外購活性炭的脫色效果。

2結(jié)果與分析

2.1反應(yīng)時間和溫度對活性炭得率及其脫色力影響

活化溫度選擇700 、800、900 ℃，活化時間選擇0.5、1.0、2.0 h，考查活化溫度及活化時間對活性炭得率和脫色力的影響，結(jié)果（表2）表明，在0.5 ～2 h內(nèi)，同一溫度下活化時間越長，活性炭產(chǎn)率越低；活性炭的脫色力也隨活化時間的增加呈下降趨勢；800 ℃條件下活化0.5 h，可以得到最大產(chǎn)率的活性炭，此時活性炭的脫色力也最大（16 mL亞甲基藍(lán)）。因此，15 % ZnCl2活化麥草水解殘渣制備活性炭的較佳條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h。

2.2自制活性炭與外購活性炭脫色效果比較

由圖1可以看出，利用麥草水解殘渣制備的活性炭脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，所以在生產(chǎn)中可以用麥草水解殘渣對水解液進(jìn)行預(yù)脫色，既能達(dá)到工藝要求的脫色效果，又

可節(jié)約外購活性炭的用量，從而降低木糖的生產(chǎn)成本。

3結(jié)論

采用ZnCl2活化麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備活性炭的較佳條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h，此時活性炭的得率為32.09%，脫色力為16 mL亞甲基藍(lán)。利用麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備的活性炭，其脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，可以用于對木糖生產(chǎn)中的水解液進(jìn)行預(yù)脫色，以降低木糖的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]Talebnia F，Karakashev D，Angelidaki I. Production of bioethanol from wheat straw：An overview on pretreatment，hydrolysis and fermentation[J]. Bioresource Technology，2010，101（13）：4744-4753.

[2]Ioannidou O，Zabaniotou A. Agricultural residues as precursors for activated carbon production-A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007，11（9）：1966-2005.

[3]孫勇，林鹿，龐春生，等. 竹漿纖維溶解過程中的均相水解研究[J]. 生物質(zhì)化學(xué)工程，2007，41（2）：5-10.

[4]Zhao G，Liu J，Wang Y，et al. Effects of elevated CO2 concentration and nitrogen supply on biomass and active carbon of freshwater marsh after two growing seasons in Sanjiang Plain，Northeast China[J]. Journal of Environmental Sciences，2009，21（10）：1393-1399.

[5]Uar S，Erdem M，Tay T. Preparation and characterization of activated carbon produced from pomegranate seeds by ZnCl2 activation[J]. Applied Surface Science，2009，255（21）：8890-8896.

[6]Benadjemia M，Millière L，Reinert L，et al. Preparation，characterization and methylene blue adsorption of phosphoric acid activated carbons from globe artichoke leaves[J]. Fuel Processing Technology，2011，92（6）：1203-1212.張會娟，胡志超，呂小蓮，等. 我國綠豆加工利用概況與發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：234-236.endprint

摘要：為充分利用麥草資源，降低利用麥草制木糖成本，對麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備活性炭的條件進(jìn)行探討。結(jié)果表明，以麥草甲酸-鹽酸水解殘渣為原料制備活性炭，較佳的活化條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h，此時活性炭的得率為32.09%，脫色力為16 mL亞甲基藍(lán)，其脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，可以用于對木糖水解液的預(yù)脫色。

關(guān)鍵詞：麥草；水解殘渣；活性炭

中圖分類號：TQ424.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2014）01-0232-02

收稿日期：2013-05-18

基金項目：江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：HASZ2012029）。

作者簡介：吳真（1983—），男，江西九江人，工程師，主要從事植物資源化學(xué)研究工作。Tel：（0517）83526983；E-mail：scutwuzhen@126.com。麥草是一種蘊(yùn)藏著巨大經(jīng)濟(jì)效益的生物質(zhì)資源，麥草中含有30%左右半纖維素，可利用其制備木糖及木糖醇[1]。工業(yè)上一般采用酸法水解工藝水解生物質(zhì)原料中半纖維素組分制備木糖產(chǎn)品，這一過程往往會產(chǎn)生大量的水解殘渣。水解殘渣的主要組分為含碳量較高的纖維素和木質(zhì)素，可利用其制備活性炭并重新用于木糖水解液的脫色，可降低木糖生產(chǎn)成本[2]。

我們在前期研究中發(fā)現(xiàn)甲酸-鹽酸溶液可在低溫、可循環(huán)條件下有效地水解麥草中的纖維素及半纖維素[3]，得到可溶性糖類產(chǎn)物。甲酸本身有催化水解反應(yīng)的作用，且易于回收，能重復(fù)利用。本研究采用甲酸-鹽酸溶液水解麥草半纖維素，水解液用于制備木糖，水解殘渣用于制備活性炭，初步探討活性炭的制備條件。

1材料與方法

1.1材料

麥草取自山東，采用甲酸-鹽酸混合溶液水解麥草，過濾水解液并收集水解殘渣，通風(fēng)廚中風(fēng)干。麥草及麥草水解殘渣組分見表1。

1.2方法

1.2.1活性炭制備活性炭的制備一般分為兩步：第一步是在CO2或蒸汽或兩者混合氣體環(huán)境中含碳原料的高溫炭化，第二步是焦炭的活化。在化學(xué)法活化過程中，化學(xué)活化劑既作為脫水機(jī)又作為氧化劑，炭化與活化同時進(jìn)行，減少了實驗步驟，同時活化溫度較低，有利于形成多孔結(jié)構(gòu)[4]。本試驗采用ZnCl2作為活化劑，因ZnCl2能作為電子對的給予體和接受體中心與纖維素復(fù)合體的-OH基發(fā)生作用，導(dǎo)致纖維素分子間鏈的斷裂，形成鏈狀纖維素分子，極易環(huán)構(gòu)化形成縮合苯環(huán)平面狀結(jié)構(gòu)[5]，從而形成微孔、中孔、過度孔發(fā)達(dá)的縮聚碳。

本試驗設(shè)計的麥草水解殘渣制備活性炭工藝為：

粉末活性炭成品

1.2.2活性炭脫色指標(biāo)測定活性炭的脫色能力用亞甲基藍(lán)體積來表征[6]：稱取0.1 g亞甲基藍(lán)于250 g蒸餾水中，先取1 mL稀釋至200 mL，此時測得在665 nm處吸光度值為035（標(biāo)準(zhǔn)溶液）。然后移取一定的此溶液加入0.100 g的活性炭中，經(jīng)充分振蕩后，仍在波長665 nm處測得吸光度值在0.04～0.07范圍內(nèi)為止，所用亞甲基藍(lán)的加入量即為脫色力。

1.2.3自制活性炭與外購活性炭脫色效果比較稱取0.1 g亞甲基藍(lán)于250 g蒸餾水中，取4 mL，稀釋至200 mL（50倍），測定吸光度值。分別稱取自制活性炭粉末0.1、0.2、0.3、04、0.5 g（按順序編號1～5）及外購活性炭0.1、0.2、0.3、04、0.5 g（按順序編號6～10）。各加入已經(jīng)配制好的亞甲基藍(lán)10 mL，于665 nm處測量吸光度值，比較自制活性炭與外購活性炭的脫色效果。

2結(jié)果與分析

2.1反應(yīng)時間和溫度對活性炭得率及其脫色力影響

活化溫度選擇700 、800、900 ℃，活化時間選擇0.5、1.0、2.0 h，考查活化溫度及活化時間對活性炭得率和脫色力的影響，結(jié)果（表2）表明，在0.5 ～2 h內(nèi)，同一溫度下活化時間越長，活性炭產(chǎn)率越低；活性炭的脫色力也隨活化時間的增加呈下降趨勢；800 ℃條件下活化0.5 h，可以得到最大產(chǎn)率的活性炭，此時活性炭的脫色力也最大（16 mL亞甲基藍(lán)）。因此，15 % ZnCl2活化麥草水解殘渣制備活性炭的較佳條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h。

2.2自制活性炭與外購活性炭脫色效果比較

由圖1可以看出，利用麥草水解殘渣制備的活性炭脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，所以在生產(chǎn)中可以用麥草水解殘渣對水解液進(jìn)行預(yù)脫色，既能達(dá)到工藝要求的脫色效果，又

可節(jié)約外購活性炭的用量，從而降低木糖的生產(chǎn)成本。

3結(jié)論

采用ZnCl2活化麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備活性炭的較佳條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h，此時活性炭的得率為32.09%，脫色力為16 mL亞甲基藍(lán)。利用麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備的活性炭，其脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，可以用于對木糖生產(chǎn)中的水解液進(jìn)行預(yù)脫色，以降低木糖的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]Talebnia F，Karakashev D，Angelidaki I. Production of bioethanol from wheat straw：An overview on pretreatment，hydrolysis and fermentation[J]. Bioresource Technology，2010，101（13）：4744-4753.

[2]Ioannidou O，Zabaniotou A. Agricultural residues as precursors for activated carbon production-A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007，11（9）：1966-2005.

[3]孫勇，林鹿，龐春生，等. 竹漿纖維溶解過程中的均相水解研究[J]. 生物質(zhì)化學(xué)工程，2007，41（2）：5-10.

[4]Zhao G，Liu J，Wang Y，et al. Effects of elevated CO2 concentration and nitrogen supply on biomass and active carbon of freshwater marsh after two growing seasons in Sanjiang Plain，Northeast China[J]. Journal of Environmental Sciences，2009，21（10）：1393-1399.

[5]Uar S，Erdem M，Tay T. Preparation and characterization of activated carbon produced from pomegranate seeds by ZnCl2 activation[J]. Applied Surface Science，2009，255（21）：8890-8896.

[6]Benadjemia M，Millière L，Reinert L，et al. Preparation，characterization and methylene blue adsorption of phosphoric acid activated carbons from globe artichoke leaves[J]. Fuel Processing Technology，2011，92（6）：1203-1212.張會娟，胡志超，呂小蓮，等. 我國綠豆加工利用概況與發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：234-236.endprint

摘要：為充分利用麥草資源，降低利用麥草制木糖成本，對麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備活性炭的條件進(jìn)行探討。結(jié)果表明，以麥草甲酸-鹽酸水解殘渣為原料制備活性炭，較佳的活化條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h，此時活性炭的得率為32.09%，脫色力為16 mL亞甲基藍(lán)，其脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，可以用于對木糖水解液的預(yù)脫色。

關(guān)鍵詞：麥草；水解殘渣；活性炭

中圖分類號：TQ424.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2014）01-0232-02

收稿日期：2013-05-18

基金項目：江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：HASZ2012029）。

作者簡介：吳真（1983—），男，江西九江人，工程師，主要從事植物資源化學(xué)研究工作。Tel：（0517）83526983；E-mail：scutwuzhen@126.com。麥草是一種蘊(yùn)藏著巨大經(jīng)濟(jì)效益的生物質(zhì)資源，麥草中含有30%左右半纖維素，可利用其制備木糖及木糖醇[1]。工業(yè)上一般采用酸法水解工藝水解生物質(zhì)原料中半纖維素組分制備木糖產(chǎn)品，這一過程往往會產(chǎn)生大量的水解殘渣。水解殘渣的主要組分為含碳量較高的纖維素和木質(zhì)素，可利用其制備活性炭并重新用于木糖水解液的脫色，可降低木糖生產(chǎn)成本[2]。

我們在前期研究中發(fā)現(xiàn)甲酸-鹽酸溶液可在低溫、可循環(huán)條件下有效地水解麥草中的纖維素及半纖維素[3]，得到可溶性糖類產(chǎn)物。甲酸本身有催化水解反應(yīng)的作用，且易于回收，能重復(fù)利用。本研究采用甲酸-鹽酸溶液水解麥草半纖維素，水解液用于制備木糖，水解殘渣用于制備活性炭，初步探討活性炭的制備條件。

1材料與方法

1.1材料

麥草取自山東，采用甲酸-鹽酸混合溶液水解麥草，過濾水解液并收集水解殘渣，通風(fēng)廚中風(fēng)干。麥草及麥草水解殘渣組分見表1。

1.2方法

1.2.1活性炭制備活性炭的制備一般分為兩步：第一步是在CO2或蒸汽或兩者混合氣體環(huán)境中含碳原料的高溫炭化，第二步是焦炭的活化。在化學(xué)法活化過程中，化學(xué)活化劑既作為脫水機(jī)又作為氧化劑，炭化與活化同時進(jìn)行，減少了實驗步驟，同時活化溫度較低，有利于形成多孔結(jié)構(gòu)[4]。本試驗采用ZnCl2作為活化劑，因ZnCl2能作為電子對的給予體和接受體中心與纖維素復(fù)合體的-OH基發(fā)生作用，導(dǎo)致纖維素分子間鏈的斷裂，形成鏈狀纖維素分子，極易環(huán)構(gòu)化形成縮合苯環(huán)平面狀結(jié)構(gòu)[5]，從而形成微孔、中孔、過度孔發(fā)達(dá)的縮聚碳。

本試驗設(shè)計的麥草水解殘渣制備活性炭工藝為：

粉末活性炭成品

1.2.2活性炭脫色指標(biāo)測定活性炭的脫色能力用亞甲基藍(lán)體積來表征[6]：稱取0.1 g亞甲基藍(lán)于250 g蒸餾水中，先取1 mL稀釋至200 mL，此時測得在665 nm處吸光度值為035（標(biāo)準(zhǔn)溶液）。然后移取一定的此溶液加入0.100 g的活性炭中，經(jīng)充分振蕩后，仍在波長665 nm處測得吸光度值在0.04～0.07范圍內(nèi)為止，所用亞甲基藍(lán)的加入量即為脫色力。

1.2.3自制活性炭與外購活性炭脫色效果比較稱取0.1 g亞甲基藍(lán)于250 g蒸餾水中，取4 mL，稀釋至200 mL（50倍），測定吸光度值。分別稱取自制活性炭粉末0.1、0.2、0.3、04、0.5 g（按順序編號1～5）及外購活性炭0.1、0.2、0.3、04、0.5 g（按順序編號6～10）。各加入已經(jīng)配制好的亞甲基藍(lán)10 mL，于665 nm處測量吸光度值，比較自制活性炭與外購活性炭的脫色效果。

2結(jié)果與分析

2.1反應(yīng)時間和溫度對活性炭得率及其脫色力影響

活化溫度選擇700 、800、900 ℃，活化時間選擇0.5、1.0、2.0 h，考查活化溫度及活化時間對活性炭得率和脫色力的影響，結(jié)果（表2）表明，在0.5 ～2 h內(nèi)，同一溫度下活化時間越長，活性炭產(chǎn)率越低；活性炭的脫色力也隨活化時間的增加呈下降趨勢；800 ℃條件下活化0.5 h，可以得到最大產(chǎn)率的活性炭，此時活性炭的脫色力也最大（16 mL亞甲基藍(lán)）。因此，15 % ZnCl2活化麥草水解殘渣制備活性炭的較佳條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h。

2.2自制活性炭與外購活性炭脫色效果比較

由圖1可以看出，利用麥草水解殘渣制備的活性炭脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，所以在生產(chǎn)中可以用麥草水解殘渣對水解液進(jìn)行預(yù)脫色，既能達(dá)到工藝要求的脫色效果，又

可節(jié)約外購活性炭的用量，從而降低木糖的生產(chǎn)成本。

3結(jié)論

采用ZnCl2活化麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備活性炭的較佳條件為：活化溫度800 ℃，活化時間0.5 h，此時活性炭的得率為32.09%，脫色力為16 mL亞甲基藍(lán)。利用麥草甲酸-鹽酸水解殘渣制備的活性炭，其脫色效果與外購活性炭基本相當(dāng)，可以用于對木糖生產(chǎn)中的水解液進(jìn)行預(yù)脫色，以降低木糖的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]Talebnia F，Karakashev D，Angelidaki I. Production of bioethanol from wheat straw：An overview on pretreatment，hydrolysis and fermentation[J]. Bioresource Technology，2010，101（13）：4744-4753.

[2]Ioannidou O，Zabaniotou A. Agricultural residues as precursors for activated carbon production-A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007，11（9）：1966-2005.

[3]孫勇，林鹿，龐春生，等. 竹漿纖維溶解過程中的均相水解研究[J]. 生物質(zhì)化學(xué)工程，2007，41（2）：5-10.

[4]Zhao G，Liu J，Wang Y，et al. Effects of elevated CO2 concentration and nitrogen supply on biomass and active carbon of freshwater marsh after two growing seasons in Sanjiang Plain，Northeast China[J]. Journal of Environmental Sciences，2009，21（10）：1393-1399.

[5]Uar S，Erdem M，Tay T. Preparation and characterization of activated carbon produced from pomegranate seeds by ZnCl2 activation[J]. Applied Surface Science，2009，255（21）：8890-8896.

[6]Benadjemia M，Millière L，Reinert L，et al. Preparation，characterization and methylene blue adsorption of phosphoric acid activated carbons from globe artichoke leaves[J]. Fuel Processing Technology，2011，92（6）：1203-1212.張會娟，胡志超，呂小蓮，等. 我國綠豆加工利用概況與發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：234-236.endprint