木质原料的组成对H3PO4法活性炭孔隙结构的影响

摘要

活性炭(activated carbon, AC)是一种具有特殊微晶结构、发达孔隙结构、巨大比表面积和较强吸附能力的含碳材料。由于受环境和原料来源的制约使非化石资源为原料制备AC成为研究的热点。而农林废弃物的再利用具有环境友好及资源合理化的优势，因此其开发利用具有显著趋势。以农林废弃物为原料制备AC受到了国内外学者的广泛关注。
　　 农林废弃物主要是以木质纤维素原料为主，主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。关于木质纤维素原料中各组份对AC孔结构的影响尚存争议。本文主要通过去除原料中的木素，纤维素来研究木质纤维素原料中的木素、纤维素对AC孔结构的影响。
　　 分别以杨木、落叶松木、麻杆屑为原料，采用乙酸．亚氯酸钠法对原料进行脱木素处理，研究木素对H3PO4法活性炭(AC)孔隙结构的影响。通过物理吸附仪测定活性炭的比表面积和孔结构，利用碘值和亚甲基蓝吸附分析其吸附性能；采用TG/DTG分析原料去除木素前后热解过程。结果表明，除去木素后的原料耐热性和热稳定性均下降。除去木素原料所得AC的比表面积、总孔容、外表面积均有一定程度的下降；微孔孔容、微孔比表面积增加，碘吸附量增加，亚甲基蓝吸附量下降。木素的去除有利于微孔的形成。
　　 选取桦木、稻草屑为原料，采用添加20％硝酸和80%乙醇混合液处理试样，除去原料中的纤维素。研究纤维素对H3PO4法活性炭(AC)孔隙结构的影响。结果表明：除纤维素后AC微孔孔容、微孔比表面积减小，碘吸附量减小，亚甲基蓝吸附量略为降低，但不显著。纤维素的去除有利于中孔的形成。同时，也证明木素可能是中大孔形成的主要原因，纤维素结构是AC微孔孔隙的主要贡献来源。纤维素在AC成孔过程中，对AC的耐热性和热稳定性影响不大，再次证实了木素是木质原料AC保持热稳定性的主要原因。
　　 以组成差异较为显著的桦木、落叶松木木屑为原料，通过相同的H3PO4活化工艺制备活性炭，分析原料组成对活性炭的亚甲基蓝吸附值，碘值，比表面积，孔径，吸附孔容的影响。结果表明：两者的碘值都随温度的升高而升高，且其活化温度在500℃时，其碘值达到最大，然后下降。由桦木木屑为原料制备的活性炭其微细孔要比由落叶松木制备的活性炭结构发达。木素是中大孔形成的主要原因，而纤维素结构是微细孔结构的主要贡献来源；落叶松木相比桦木木屑热稳定性更强。经测定落叶松木的木素含量高于桦木木屑，进一步说明木素的存在对AC的热稳定性起主要作用。