利用秸秆原材料制备活性炭吸附材料的工艺研究与应用

2017年10月工艺控制利用秸秆原材料制备活性炭吸附材料的工艺研究与应用王强陈琛陈剑宏（辽宁东野环保产业开发有限公司，辽宁葫芦岛125000）摘要：本文研究探讨了农作物秸秆原材料制备活性炭吸附材料的反应条件，并在生产设备碳化活化炉中进行了中试生产，探讨了生产工艺条件对活性炭吸附材料质量指标的影响。当碳化温度为450-600℃，碳化时间为90min，活化温度为900℃，活化时间为30min，蒸汽通入量为0.4kg/h，得到的活性炭材料碘值为650mg/L，亚甲蓝值120mg/g。将该秸秆活性炭材料应用到企业污水吸附过滤罐中，可以显著降低废水的COD、色度、气味、有机物类污染指标。故对秸秆原材料通过预干燥、碳化、活化、冷却、筛分来制备活性炭吸附材料，为废弃农作物的资源化再利用起到了积极作用，具有较强的应用前景。关键词：农作物秸秆；吸附材料；碳化活化一体炉活性炭通常是以优质煤、果壳、木炭等作为原料，通过物理和化学处理等一系列工序加工制造而成的一种优良吸附材料，具有发达的内部孔隙结构和巨大的比表面积，广泛应用于冶金、轻纺、国防、环保及日常生活领域，是现代社会工业生产和环境保护中必不可少的炭质吸附材料。近十几年来，随着我国国民经济飞速发展及环保力度的加强，国内活性炭的需求也以较快的速度增长。截止到2014年活性炭需求量已达到32万吨，而且每年还会以5%-8%的需求量急剧增加，其中城市污水处理、工业废水处理、气体净化和烟气净化将是我国活性炭需求的主要增长。而当今世界面临日益严重的资源短缺问题，煤、石油等不可再生资源价格不断上涨，并出现了接近枯竭的趋势，我国经济的高速增长和可持续发展也不可避免受到制约。因此新材料、新资源的开发成为当务之急。农作物秸秆原料是一种贮量丰富，可再生的绿色新型资源，但长期以来没有得到良好的利用。我国农业生产中每年秸秆产量达5.7亿吨，但被利用的不足30%，大多数只是进行简单加工作为牲畜饲料，堆肥还田和沼气发酵，没有充分发挥秸秆中木质素和纤维素的价值，多数得不到利用的秸秆采用焚烧方式处理，产生大量的烟尘污染空气，并且由于大多数采用焚烧的处理方法，不仅造成了资源的浪费，还引起严重的空气污染。因此，秸秆的有效利用对于中国乃至世界经济的持续健康发展具有重大意义。1实验过程及工业应用1.1实验过程本文采用的农作物秸秆原料主要为花生壳和苞米秆，同时加入适量的木屑三者按照花生壳40%，苞米秸秆30%，木屑30%的比例混匀。原料事先需经过水洗烘干，去掉泥土等杂质，水份控制在≤15%，杂质含量≤3%。将混合后的原料加入到碳化釜中，通入氮气将釜中的空气置换掉，然后缓慢升温至450℃，原料发生碳化反应，保持在90分钟后，升温至900℃后开始通入水蒸气30min，反应完成后待温度自然降低至常温后将碳化好的材料取出。表1几组不同反应条件下活性炭质量指标质量指标强度%碘值mg/g水份%灰分%四氯化碳吸附值%充填密度g/LPH值亚甲蓝值mg/g不同反应条件碳化温度350℃活化温度800℃活化时间10min≥95420≤5≤730450-5006-10120碳化温度400℃活化温度850℃活化时间20min≥94524≤5≤552450-5006-10126碳化温度450℃活化温度900℃活化时间30min≥93650≤5≤558450-5506-10136碳化温度500℃活化温度950℃活化时间60min≥91686≤5≤760450-5506-101431.2实验结果分析秸秆原材料炭化过程中影响产量和质量的主要原因，如炭化温度、炭化速度、活化温度、活化时间、活化介质通入量、压力等等（1）炭化温度木炭的得率和质量与炭化的最终温度有很大关系，在炭化过程中，木炭中炭、氢、氧的含量随炭化温度的升高而变化，炭化温度越高，含炭量增加，氢和氧的含量降低。因此，应该很好地控制炭化最终温度。在保证木炭质量的前提下，尽可能地降低炭化温度，一般低温炭炭化温度保持在450-500度。表2活性炭的得率与炭化温度的关系炭化温度100度200度300度400度500度600度700度木炭得率%10092.653.639.233.228.627.2炭含量%47.4159.472.3676.187.793.895.15氢含量%6.546.125.384.93.92.652.15氧含量%46.0634.4822.26198.43.552.7最高发热量cal4750498563907820817282408330（2）原料的含水率秸秆原材料自然含水量的多少直接影响活性炭炭化时间，一般来说，原料的含水率在15—20%为宜。原材料热解时排出的水分有两个来源，一是自然含有的水分，二是热解时产生的反应水。热解过程中所产生的反应水的多少，决定于原材料的282017年10月工艺控制种类、热解