劉婕　李穎超　柳穎　王曉舟　蘇鳳霞　吳珍

摘 要：制糖工業(yè)每年產(chǎn)生大量的廢棄物甘蔗渣，為了減輕其造成的環(huán)境污染及資源的浪費(fèi)，人們用甘蔗渣制備出具有較多孔隙結(jié)構(gòu)和極大比表面積的活性炭，而活性炭的制備工藝方法有很多種，本文綜述了幾種主要的甘蔗渣生物質(zhì)活性炭制備方法，并對比分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：甘蔗渣；生物質(zhì)；活性炭；制備方法

文章編號：1004-7026（2018）09-0041-02 中國圖書分類號：TS24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

甘蔗渣是草本植物甘蔗經(jīng)提取蔗汁后的纖維性殘渣，是制糖工業(yè)的首要副產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)出1t的蔗糖就會產(chǎn)生約1～2t的蔗渣，而我國近幾年蔗糖年產(chǎn)量在約1 000萬t左右[1]，如得不到妥善處理，不僅資源得不到有效利用，還會造成環(huán)境污染。

活性炭是一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的高表面碳質(zhì)材料。由于其疏松多孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積、很高的表面活性和吸附能力而成為多功能吸附劑?，F(xiàn)有制得活性炭的原料主要有煤質(zhì)、木質(zhì)、果殼、椰殼四類，其中甘蔗渣屬于木質(zhì)類。研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗渣制備的活性炭可以有效去除廢水、廢氣中的大部分有機(jī)物和某些無機(jī)物，被世界各國廣泛地應(yīng)用于污水處理、廢氣的吸收、空氣的凈化、回收稀有金屬及溶劑等環(huán)境保護(hù)和資源回收利用領(lǐng)域[2]。

甘蔗渣的主要成分為纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素和半纖維素分別占到32%～48%和19%～24%，木質(zhì)素占約23%～32%，灰分約4%[3]。甘蔗渣由于其天然的疏松多孔結(jié)構(gòu)，是制備生物質(zhì)活性炭的良好原料。通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前用甘蔗渣制備活性炭的工藝方法多樣。本文綜述了甘蔗渣制備活性炭的主要方法，并對其進(jìn)行對比分析。

1 甘蔗渣制備活性炭工藝研究現(xiàn)狀

近年來，對于甘蔗渣制備活性炭已經(jīng)研究出許多有效的方法，目前甘蔗渣制備活性炭的工藝方法最有效的方法主要有化學(xué)活化法、物理活化法和物理輔助活化法。

1.1 化學(xué)活化法

化學(xué)活化法通常使用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)活化劑，通過對甘蔗渣碳化過程中或碳化后表面官能團(tuán)類型和數(shù)量的改變以調(diào)控活性炭的表面特性和孔隙結(jié)構(gòu)。常用的活化劑有酸類（如H3PO4）、堿類（如NaOH）、鹽類（如ZnCl2）。

周曰等[4]采用質(zhì)量百分比為40%的磷酸溶液活化甘蔗渣活性炭，在活化溫度500℃、活化時間12h條件下，得到了亞甲基藍(lán)吸附容量為294.866 mg/g的甘蔗基活性炭；公維潔等[5]將碳化后的甘蔗渣置于0.5mol/L的NaOH溶液中煮沸，發(fā)現(xiàn)得到的活性炭對有機(jī)實(shí)驗室廢水中苯、乙酸乙酯、環(huán)氧氯丙烷等有機(jī)物有一定的去除作用；公維潔等[6]還采用180g/L的ZnCl2溶液為活化劑，在500℃條件下活化60min，得到了對有機(jī)實(shí)驗室廢液處理效果較好的甘蔗渣活性炭。

2.2 物理活化法

物理活化法主要有惰性氣體活化法，目前主要以CO2氣體為活化劑。徐麗洪[7]等用CO2活化制備甘蔗渣活性炭，控制氣體流量為150mL/min條件下，在700℃煅燒并在 850℃溫度下活化40min，制備的活性炭碘吸附值達(dá)到1 089.76mg/g，得率為34.27%。

2.3 物理輔助活化法

黃錦鋒[8]等采用機(jī)械力輔助ZnCl2活化制備甘蔗渣活性炭。在機(jī)械剪切、研磨作用力下，活性炭表面產(chǎn)生化學(xué)鍵斷裂，使物質(zhì)內(nèi)能增高，降低了反應(yīng)體系的活化能。研究結(jié)果表明，在球磨時間為15min條件下，制得的活性炭樣品的比表面達(dá)到1 541.2m2/g，碘吸附值為1 178.9mg/g。

3 甘蔗渣制活性炭活化方法對比

對比分析采用化學(xué)活化法、物理活化法和物理輔助活化法制備活性炭，各有優(yōu)劣。化學(xué)活化法產(chǎn)品得率高，所產(chǎn)活性炭產(chǎn)品過濾孔發(fā)達(dá)，是生物質(zhì)產(chǎn)活性炭的一種主要方法，但同化學(xué)活化具有勞動強(qiáng)度大、操作條件差、污染環(huán)境等缺點(diǎn)。物理活化法吸附效果好，產(chǎn)率高，但對通入氣體量的的控制要求高，操作復(fù)雜，反應(yīng)劇烈，可能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不均勻。物理輔助活化法原料經(jīng)機(jī)械輔助作用，活化劑急劇揮發(fā)而產(chǎn)生蒸汽壓，使其由內(nèi)向外爆炸般地壓出產(chǎn)生無數(shù)的裂縫、小孔，有助于改善產(chǎn)品的孔隙結(jié)構(gòu)，內(nèi)比表面積更大，但增加了機(jī)械作用，生產(chǎn)成本增加。

結(jié)束語

由甘蔗渣制備的活性炭不管是結(jié)構(gòu)性能還是產(chǎn)率都有很明顯的優(yōu)勢，但其發(fā)展工藝仍然有很多不足。本文通過對現(xiàn)在甘蔗渣制備活性炭工藝方法的總結(jié)和分析，介紹了甘蔗渣的結(jié)構(gòu)成分并總結(jié)和分析了化學(xué)法、物理法和物理輔助活化法生產(chǎn)活性炭方法的優(yōu)勢和劣勢。無論哪種方法，甘蔗渣制活性炭工藝追求的目標(biāo)應(yīng)該是相同的，即：高的活性炭產(chǎn)率，優(yōu)良的活性炭的性能，低的生產(chǎn)成本且對環(huán)境無污染。

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