论文摘要：以农业废弃物玉米秸秆为原料、ZnCl 为活化剂制备活性炭，用正交实验方法得出活性炭生产的最佳实验条件，并对实验产品的电镜照片进行分析，发现玉米秸秆活性炭具有丰富和发达的蜂窝状孔隙结构，使得其亚甲基蓝吸附值高于商业活性炭。
论文关键词：农业废弃物,活性炭,孔隙结构
前言
我国是一个农业大国,农业资源废料产生量巨大，但是目前这些废料大多被随意丢弃在农田，或是被直接燃烧掉了，不仅造成资源的大量浪费，还会产生严重的大气污染问题。如何合理利用这些农业废弃物成为人们关注的热点。寻找一条资源化利用农业废弃物的途径不仅可以达到保护环境的目的，对于发展可持续性经济、实现资源再生也同样具有重要的意义。
本文以常见的农业废弃物玉米秸秆为原料,采用氯化锌作为活化剂生产活性炭,研究了相关实验条件（活化剂浓度、浸泡时间、反应温度、反应时间）对活性炭吸附能力的影响，以正交实验方法得出活性炭生产的最佳实验条件,并通过对玉米秸秆活性炭和商业活性炭内部孔隙结构的比较,分析了农业废弃物活性炭与商业活性炭的差异，认为玉米秸秆活性炭具有一定的商业价值和市场潜力。
1.实验
1.1原料
以新鲜玉米秸秆为原料,自然风干后破碎至1cm备用。
1.2实验方法
称取一定数量的干燥原料放入烧杯中，按照正交实验条件进行配置浸泡，将原料转移至瓷坩埚，放入马弗炉内完成炭化和活化过程。自然冷却至室温，在90℃热水中煮约20分钟，以蒸馏水反复清洗，直至中性，在105℃条件下烘干，计算活性炭的产率，同时进行活性炭亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的检测。
2.结果与讨论
2.1正交实验结果
从表2.1可以发现，在活化剂氯化锌浓度40%、浸泡时间16h、反应温度500℃、反应时间50min的条件下，可得产率30%、碘吸附值1005.4mg/g、亚甲基蓝吸附值417.2mg/g的活性炭，其亚甲基蓝吸附值为国家一级活性炭标准的3倍，而碘吸附值也超过相关国家标准(GB/T13803.2-1999，木质净水用活性炭一级品质量指标：碘吸附值≥1000mg/g，亚甲基蓝吸附值≥135mg/g)。该条件即为玉米秸秆活性炭生产的最佳实验条件。
表2.1玉米秸秆活性炭正交实验结果
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序号
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活化剂浓度
/%
|
浸泡时间
/h
|
反应温度
/℃
|
反应时间
/min
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产率
(%)
|
碘吸附值
(mg/g)
|
亚甲基蓝吸附值(mg/g)
|
|
1
|
30
|
16
|
550
|
60
|
27
|
842.9
|
267.0
|
|
2
|
35
|
24
|
450
|
50
|
35
|
868.6
|
147.1
|
|
3
|
40
|
24
|
550
|
70
|
26
|
830.1
|
359.6
|
|
4
|
45
|
16
|
450
|
40
|
39
|
888.0
|
311.4
|
|
5
|
30
|
20
|
450
|
70
|
36
|
913.9
|
154.7
|
|
6
|
35
|
12
|
550
|
40
|
29
|
855.7
|
275.0
|
|
7
|
40
|
12
|
450
|
60
|
34
|
907.4
|
388.8
|
|
8
|
45
|
20
|
550
|
50
|
26
|
862.2
|
379.3
|
|
9
|
30
|
12
|
600
|
50
|
29
|
939.9
|
315.9
|
|
10
|
35
|
20
|
500
|
60
|
29
|
868.6
|
198.3
|
|
11
|
40
|
20
|
600
|
40
|
28
|
913.9
|
459.0
|
|
12
|
45
|
12
|
500
|
70
|
27
|
894.4
|
372.8
|
|
13
|
30
|
24
|
500
|
40
|
32
|
926.9
|
295.4
|
|
14
|
35
|
16
|
600
|
70
|
23
|
1038.5
|
335.3
|
|
15
|
40
|
16
|
500
|
50
|
30
|
1005.4
|
417.2
|
|
16
|
45
|
24
|
600
|
60
|
25
|
888.0
|
474.5
|
2.2活性炭孔隙结构分析比较
以S440型立体扫描电子显微镜对玉米秸秆活性炭和商业活性炭进行扫描，所得电镜照片见图2.1－2.2。
观察电镜照片可以发现，在5000倍放大倍数下，商业活性炭结构致密，表面布满碎片，有被烧失的地方，孔内有填充物，堵塞了一些孔隙，虽然有部分小孔，但是孔洞结构较少；农业废弃物玉米秸秆活性炭表面粗糙，高低不平，有丰富和发达的蜂窝状孔隙结构，同时表面蜂窝结构向活性炭内部延伸，增加了活性炭比表面积的大小，这也是活性炭具备较强吸附能力的结构基础。
图2.1商业活性炭电镜照片（放大5000倍）图2.2玉米秸秆活性炭电镜照片（放大5000倍）
3.结论
3.1以玉米秸秆为原料、ZnCl为活化剂制备农业废弃物活性炭，在活化剂浓度为40%、浸泡时间为16h、反应温度为500℃、反应时间50min的工艺条件下，可得产率30%、碘吸附值1005.4mg/g、亚甲基蓝吸附值417.2mg/g的活性炭，亚甲基蓝吸附值达到国家一级活性炭标准（GB/T13803.2-1999）的3倍，因而具有一定的商业价值。
3.2玉米秸秆活性炭具有丰富和发达的蜂窝状孔隙结构，表面蜂窝结构向活性炭内部延伸，增加了比表面积的大小，使其具有较强的吸附能力。
参考文献
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