蔗渣制活性炭工艺研究现状

刘婕　李颖超　柳颖　王晓舟　苏凤霞　吴珍

摘 要：制糖工业每年产生大量的废弃物甘蔗渣，为了减轻其造成的环境污染及资源的浪费，人们用甘蔗渣制备出具有较多孔隙结构和极大比表面积的活性炭，而活性炭的制备工艺方法有很多种，本文综述了几种主要的甘蔗渣生物质活性炭制备方法，并对比分析其优缺点。

关键词：甘蔗渣；生物质；活性炭；制备方法

文章编号：1004-7026（2018）09-0041-02 中国图书分类号：TS24 文献标志码：A

甘蔗渣是草本植物甘蔗经提取蔗汁后的纤维性残渣，是制糖工业的首要副产品。据统计，每生产出1t的蔗糖就会产生约1～2t的蔗渣，而我国近几年蔗糖年产量在约1 000万t左右[1]，如得不到妥善处理，不仅资源得不到有效利用，还会造成环境污染。

活性炭是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的高表面碳质材料。由于其疏松多孔结构、大的比表面积、很高的表面活性和吸附能力而成为多功能吸附剂。现有制得活性炭的原料主要有煤质、木质、果壳、椰壳四类，其中甘蔗渣属于木质类。研究发现，甘蔗渣制备的活性炭可以有效去除废水、废气中的大部分有机物和某些无机物，被世界各国广泛地应用于污水处理、废气的吸收、空气的净化、回收稀有金属及溶剂等环境保护和资源回收利用领域[2]。

甘蔗渣的主要成分为纤维素和木质素，其中纤维素和半纤维素分别占到32%～48%和19%～24%，木质素占约23%～32%，灰分约4%[3]。甘蔗渣由于其天然的疏松多孔结构，是制备生物质活性炭的良好原料。通过文献调研发现，目前用甘蔗渣制备活性炭的工艺方法多样。本文综述了甘蔗渣制备活性炭的主要方法，并对其进行对比分析。

1 甘蔗渣制备活性炭工艺研究现状

近年来，对于甘蔗渣制备活性炭已经研究出许多有效的方法，目前甘蔗渣制备活性炭的工艺方法最有效的方法主要有化学活化法、物理活化法和物理辅助活化法。

1.1 化学活化法

化学活化法通常使用适当的化学活化剂，通过对甘蔗渣碳化过程中或碳化后表面官能团类型和数量的改变以调控活性炭的表面特性和孔隙结构。常用的活化剂有酸类（如H3PO4）、碱类（如NaOH）、盐类（如ZnCl2）。

周曰等[4]采用质量百分比为40%的磷酸溶液活化甘蔗渣活性炭，在活化温度500℃、活化时间12h条件下，得到了亚甲基蓝吸附容量为294.866 mg/g的甘蔗基活性炭；公维洁等[5]将碳化后的甘蔗渣置于0.5mol/L的NaOH溶液中煮沸，发现得到的活性炭对有机实验室废水中苯、乙酸乙酯、环氧氯丙烷等有机物有一定的去除作用；公维洁等[6]还采用180g/L的ZnCl2溶液为活化剂，在500℃条件下活化60min，得到了对有机实验室废液处理效果较好的甘蔗渣活性炭。

2.2 物理活化法

物理活化法主要有惰性气体活化法，目前主要以CO2气体为活化剂。徐丽洪[7]等用CO2活化制备甘蔗渣活性炭，控制气体流量为150mL/min条件下，在700℃煅烧并在 850℃温度下活化40min，制備的活性炭碘吸附值达到1 089.76mg/g，得率为34.27%。

2.3 物理辅助活化法

黄锦锋[8]等采用机械力辅助ZnCl2活化制备甘蔗渣活性炭。在机械剪切、研磨作用力下，活性炭表面产生化学键断裂，使物质内能增高，降低了反应体系的活化能。研究结果表明，在球磨时间为15min条件下，制得的活性炭样品的比表面达到1 541.2m2/g，碘吸附值为1 178.9mg/g。

3 甘蔗渣制活性炭活化方法对比

对比分析采用化学活化法、物理活化法和物理辅助活化法制备活性炭，各有优劣。化学活化法产品得率高，所产活性炭产品过滤孔发达，是生物质产活性炭的一种主要方法，但同化学活化具有劳动强度大、操作条件差、污染环境等缺点。物理活化法吸附效果好，产率高，但对通入气体量的的控制要求高，操作复杂，反应剧烈，可能导致产品结构不均匀。物理辅助活化法原料经机械辅助作用，活化剂急剧挥发而产生蒸汽压，使其由内向外爆炸般地压出产生无数的裂缝、小孔，有助于改善产品的孔隙结构，内比表面积更大，但增加了机械作用，生产成本增加。

结束语

由甘蔗渣制备的活性炭不管是结构性能还是产率都有很明显的优势，但其发展工艺仍然有很多不足。本文通过对现在甘蔗渣制备活性炭工艺方法的总结和分析，介绍了甘蔗渣的结构成分并总结和分析了化学法、物理法和物理辅助活化法生产活性炭方法的优势和劣势。无论哪种方法，甘蔗渣制活性炭工艺追求的目标应该是相同的，即：高的活性炭产率，优良的活性炭的性能，低的生产成本且对环境无污染。

参考文献：

[1]莫柳珍，廖炳权，黄向阳，等.甘蔗渣活性炭制备研究进展[J].广西糖业，2015（1）：31-35

[2]Srivastava V C，Swamy M M，Mall I D，et al. Adsorptive removal of phenol by bagasse fly ash and activated carbon：Equilibrium，kinetics and thermodynamics.Colloids & Surfaces A Physicochemical & Engineering Aspects，2006，272（1）：89-104

[3]高星超，盛家荣，赵星华.甘蔗渣的研究进展[J].广西师范学院学报，2007，24（4）：100-106

[4]周曰，潘卫国，郭瑞堂，等.用磷酸活化法制备甘蔗渣活性炭及其吸附性能研究[J].上海电力学院学报，2013，29（1）：97-100

[5]公维洁，卓先勤，陈春华.碱法制备甘蔗渣活性炭对有机实验室废水吸附处理效果研究[J].农产品加工，2017（15）：9-11

[6]公维洁，屈军艳，李婉芝.ZnCl2法制备的甘蔗渣活性炭对实验室有机废液的吸附特性[J].安徽农业科学，2017，45（14）：54-56

[7]吴文炳，陈建发，林小兰，江万祥.甘蔗渣微波制备活性炭吸附剂及其再生研究[J].湖北民族学院学报（自然科学版），2010，28（02）：201-203，210

[8]黄锦锋，黄彪，陈翠霞，等.机械力辅助氯化锌活化法制备甘蔗渣活性炭[J].林业科学，2012，48（10）：131-135