ACADEMIC FIELD學(xué)術(shù)園炮車筒竹熱解及其竹炭產(chǎn)品開發(fā)王裕霞'王玉2張方秋'黃慧潘文(1廣東省林業(yè)科學(xué)研究院廣州5105202江西省林業(yè)科學(xué)院南昌3032)摘要:研究了車筒竹材熱解工藝及其竹炭的基本性能,測定了車筒竹竹炭凈化空氣的性能。結(jié)果表明,車筒竹的熱分解過程與毛竹相近,在制取車筒竹竹炭時可以采用現(xiàn)有的毛竹炭燒制工藝和設(shè)備。采用機械爐燒制的502℃、542℃車筒竹炭及用特制箱式電阻爐制取的700℃、800℃、900℃車筒竹炭在空氣凈化方面性能均較優(yōu)良,適合用于生產(chǎn)空氣凈化類吸附性產(chǎn)品。已開發(fā)成功車筒竹炭微納米炭雕關(guān)鍵詞:車筒竹熱解;竹炭;空氣凈化;炭雕Pyrolysis of Bambusa sinospinosa and Its Charcoal Products DevelopmentWang Yuxia, Wang Yu, Zhang Fangqiu, Huang Hui, Pan WenAbstract: This paper studied the pyrolysis technology of Bambusa sinospinosa and the basic property of itsharcoal, and determined the property of the charcoal in terms of air purification. The results showed that thepyrolysis course for Bambusa sinospinosa was similar with that for moso, and existed burning technique andequipment for bamboo can be used for making charcoal with Bambusa sinospinosa as the raw material. Bsinospinosa charcoals bumed at 502C and 542 C by using machine kiln and at 700C, 800C and 900 C byusing electric resistance stove had a better performance regarding air purification, which were suitable to beused for producing absorbent products for air purification. Nowadays, micro-nano charcoal carving with Bsinospinosa as the raw material has been successfully developedKey Words: Bambusa sinospinosa, pyrolysis, air purification, bamboo charcoal caving竹材資源的開發(fā)利用是可持續(xù)林業(yè)發(fā)展的稈,取梢部、中部和基部在不同終點溫度下燒一個重大課題。中國叢生竹資源豐富,由于徑制成竹炭。級小,材性不很優(yōu)良,大多數(shù)叢生竹材都未被1.2方法利用,只有少數(shù)用于制漿造紙、編制竹工藝品1.2.1車筒竹熱解方法和工藝研究或作觀賞用途等,存在著利用率不高的問題。3年生車筒竹.分別取梢部、中部和基部的竹材經(jīng)過一定工藝燒制熱解可制得主要產(chǎn)品竹竹粉.用同步熱分析儀(STA409PC)進行熱重炭,同時伴有大量副產(chǎn)物竹醋液和竹焦油。竹(TG)和差示掃描量熱(DSC)測試,從室溫炭具有特殊的微孔結(jié)構(gòu),這些微細孔道具有超到800C.升溫速度為20℃/min,以氮氣為氣強的吸附能力,能吸附空氣中的甲醛等有害化氛,流速為25m/mn,測得TG/DSC曲線,分析學(xué)物質(zhì)及臭氣、異味和濕氣-3。本項目通過車筒竹熱解特性,初步確定車筒竹燒制工藝。研究車筒竹材熱解工藝及其竹炭和竹醋液的性1.2.2車筒竹竹炭的制備能,為叢生竹材熱解高效利用提供參考。根據(jù)熱解曲線,初步確定車筒竹的熱解1試驗材料與方法工藝進行車筒竹炭制備。采用機械爐.控制終1.1材料點溫度500C和600c制備竹炭,并同時收集竹3年生車筒竹( Bambusa sinospinosa Mcclure)醋液。另外,實驗室用特制箱式電阻爐,在6柏明娥,陳順偉,莊曉偉不同精制工藝對浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報.2006.8(4):268-272竹醋液理化性質(zhì)的影響J].林產(chǎn)化工通訊,9張文標(biāo),李文珠,張宏等編著.竹炭竹醋200539(2):25-27液的生產(chǎn)與應(yīng)用M].北京:中國林業(yè)出版7翁益明,王偉龍,張文標(biāo),等用竹炭精制社,2006,10-60竹醋液的研究[J]竹子研究匯刊,2005,2410專利:化品,板井爐株式會社,申請公開號(2):44-47特開2007-77034(P2007-77034A)8鮑濱福,馬建義.張齊生等.竹醋液作為植11李文珠,張文標(biāo),樓堅強竹炭性能與檢測方物生長調(diào)節(jié)劑的開發(fā)研究[].()田間試驗.·法[刂.世界竹藤通訊,2007,(3):20-22■世界竹藤通訊 WORLD BAMBOO AND RATTAN梢部、中部和基部分別取樣,控制終點溫度2結(jié)果與分析700℃、800C、900C,升溫速度為20C/min,2.1車筒竹熱解方法和工藝研究制備不同竹材部位和不同燒制溫度的車筒竹圖1、圖2、圖3是車筒竹粉熱解得到的炭,用于車筒竹炭理化性能測試與分析TG/DSC曲線及其分析圖?？梢钥闯?車筒竹材12.3車筒竹竹炭和竹醋液性能測試方法不同部位竹粉的熱解曲線基本一致1.2.3.1竹炭的含水率采用水分快速測定儀進行測試1.23.2竹炭的密度竹炭密度為單位體積的質(zhì)量,取炭顆粒采用固體密度測定儀進行測試1.23.3竹炭的灰分含量將試樣粉碎到60目以上,并干燥至恒重稱取一定質(zhì)量的試樣以蓋過坩堝底部為宜精確到0001.入高溫箱式電阻爐在8020C的條件下灼燒到恒重,樣品全部成灰白圖1車筒竹不同部位熱解曲線色.冷卻后稱量以殘留物質(zhì)量占試樣原質(zhì)量的百分數(shù)作為灰分值。從TG曲線分析圖可知,隨著溫度的升高1.2.3.4竹炭的揮發(fā)分含量有2個明顯的失重階段,整個熱解失重可分成稱取一定質(zhì)量的試樣平鋪于坩堝底部,3段。第1階段是從起始溫度到105℃左右,主將坩堝蓋好,隔絕空氣在850℃的高溫下加熱7要是竹粉中水分的蒸發(fā),也就是干燥階段min.所失去的質(zhì)量占試樣原質(zhì)量的百分數(shù)作為不同部位竹粉的含水率略有不同,基部失重揮發(fā)分。為2.65%,中部失重為3.95%.梢部失重為1.23.5竹炭的固定碳含量4.02‰.由此可知梢部的含水率最高:第2階固定碳是指竹炭中有效碳元素的百分含段是270-370℃,失重明顯,基部竹粉在溫度量.以干燥后的竹炭重量減去其灰分量和揮發(fā)到達364℃時,失重為56.96%.中部竹粉溫分量計算得。度到達365.6℃時,失重率為60.00%.梢部2.3.6竹炭的酸堿性竹粉溫度到達372.7C時,失重率為64.08%稱取試樣5g置于100mL的錐形瓶中,加入從梢部到基部失重率略有增加:第3階段為新煮沸冷卻的蒸餾水50m,加熱煮沸5min,補370-900C,竹粉熱解失重逐澌趨向平衡.最添蒸發(fā)的水,過濾將初濾液5mL棄去,余液冷終殘余質(zhì)量基部為20.54%、中部為20.74%卻到室溫后用葉H計測定。梢部為21.46%。1.2.4車筒竹竹炭凈化空氣性能測試從DSC曲線圖可知,整個熱解過程有2參照“空氣凈化用竹炭國家標(biāo)準(zhǔn)”(待公個明顯的吸熱峰。第1個峰在50-130℃間布),測試不同工藝條件下制得的車筒竹炭對主要是竹粉中的水分蒸發(fā)所吸收的熱量,且甲醛、氨、苯和Tvoc等的吸附值,并用ASAP不同部位吸收的熱量差值不大:第2個峰在2020比表面積測試儀測試比表面積。300-390C間,主要是竹材中的有機物熱解吸3車簡竹微納米炭雕制作收熱量,從基部到梢部吸熱終點溫度分別為將空氣凈化性能優(yōu)良的車筒竹炭磨成微納375.2℃C.378.5℃C、3841C,吸熱面積從基部米顆粒,經(jīng)成型與雕刻制作成微納米竹炭雕到梢部分別為141.9713J/g、152.8677J/928.9788J/g本項目的完成得到漸江林學(xué)院張文標(biāo)副教授與李文珠老師熱心綜上分析,車筒竹的熱分解過程是:100c幫助與支持,謚致∮衷心感謝!以下有失重和吸熱,主要是水分的蒸發(fā);在6208年第6卷第6期ACADEMIC FIELD學(xué)木園地炭凈化空氣方面的性能主要為對甲醛、氨、苯和TvoC等的吸附能力。不同燒制溫度車筒竹炭的性能測試結(jié)果見表1。從表1看出,500c至90oc車筒竹炭叫H值幾乎相同均為10左右:含水率相近大多在4.0%以下:密度亦較相近,多在0.5(g/cm2)左右或以下,唯542℃者0.78(g/cm2)。不同燒制溫度車筒竹炭的灰分含量均較高,多接近或超圖2車筒竹熱解TG曲線分析過8.0%,542C時最低,為5.0%。揮發(fā)分含量隨燒制溫度升高而明顯降低:固定碳含量隨燒制溫度升高而升高,800C者最高,900C者略有降低。竹材中含有磷、鉀、硅等元素組成的無機成分,在竹材熱解過程中仍然存在竹炭之中而成為竹炭灰分。竹炭在高溫下煅燒時放出的二氧化碳、一氧化碳.甲烷等氣態(tài)產(chǎn)物稱為揮發(fā)分。溫度越高,竹材炭化越充分,揮發(fā)分物質(zhì)被揮發(fā)掉或參與二次反應(yīng)而導(dǎo)致留在竹炭中的揮發(fā)分物質(zhì)減少,固定碳是指竹發(fā)中有效碳元素的百分含量,其與竹炭燒制工藝及竹種圖3車筒竹熱解DSC曲線分析的灰分含量相關(guān)260c以下,重量基本沒有變化:隨著溫度繼續(xù)低中溫(502℃.542℃.700C)車筒竹炭升高.竹材受熱分解速度顯著加快,溫度上升比表面積較小,在524m/9132.8m3/g的范圍到約270℃左右時,分解反應(yīng)劇烈進行,TG曲內(nèi),而800C、900c車筒竹炭比表面積分別為線上有明顯失重.DSC曲線上有一個明顯的強1166m2/g和368.3m2/g。在此實驗中同時燒制吸熱峰。對照毛竹材的熱解工藝和理論李與測定的530c毛竹炭較車筒竹炭比表面積大筒竹的熱分解過程同毛竹相近。在制取車筒竹為237,8m/,張文標(biāo)等研究了2種叢生竹炭炭時可以采用現(xiàn)有的毛竹炭燒制工藝和設(shè)備。性能,結(jié)果為80c小葉龍竹炭與馬來甜龍竹炭22車筒竹竹炭性能的比表面積分別是2336m/g與76.7m2/g。本竹炭的基本理化性能包括竹炭的含水率.實驗中800C車筒竹炭比表面積大小介于以上兩密度、灰分、揮發(fā)分,固定碳和酸堿性等。竹者之間。表1不同燒制溫度車筒竹炭性能指標(biāo)竹材類別車筒竹毛竹備注:空氣凈化用竹炭國標(biāo)(待公布)竹炭燒制溫度/℃一級品級品含水事/%3.83.7密度(g/cm)0.5210.4650.4800.463值灰分/%7.7揮發(fā)分/%22.36.15.819.5固定碳/%67.672.78085473.385≥75比表面積(m2/g)52,428109116.668.3257.8甲醛吸附率/9l5.1≥10氨氣吸附率/12.414.620.1l1.5苯吸附率/%6.310.18.37.610.710.3Tvoc吸附率/%9.19.59.2世界竹藤通訊 WORLD BAMBOO AND RATTAN表1還表明,在空氣凈化性能方面,表2不同部位車筒竹炭空氣凈化性能比較500c-900C不同溫度間車筒竹炭,隨著燒制溫度的升高,甲醛吸附率及TVOC吸附率明顯竹材部位梢部竹炭中部竹炭基部竹炭含水率/%升高,成線性關(guān)系;氨氣吸附率與苯吸附率亦密度(g/cm)0.010.850,421pH值9.8表現(xiàn)出隨著燒制溫度升高而升高的總趨勢,但灰分/%其中542C竹炭的苯吸附率較高、800C竹炭的揮發(fā)分/%氨氣吸附率與苯吸附率較低而偏離了趨勢。對比表面積(m/g)204.3192186照“空氣凈化用竹炭國家標(biāo)準(zhǔn)(待公布)的甲醛吸附率/%14.9各項指標(biāo),除灰分與固定碳含量外,502℃氨氣吸附率/%17.2苯吸附率/%542℃.700c,800℃C,900c車筒竹炭的各項TVoC吸附率/%10.513.8性能均基本達到或超過一級品標(biāo)準(zhǔn),多數(shù)指標(biāo)大大超過超過一級品標(biāo)準(zhǔn),其中Tvoc吸附率是竹微納米竹炭雕產(chǎn)品。一級標(biāo)準(zhǔn)的2.15-3.73倍。綜合以上結(jié)果可以3結(jié)論認為,車簡竹炭是制作空氣凈化用炭新產(chǎn)品的車筒竹的熱分解過程與毛竹相近.在制取優(yōu)質(zhì)材料。車筒竹竹炭時可以采用現(xiàn)有的毛竹炭燒制工藝23竹材部位對車筒竹炭空氣凈化性能的影和設(shè)備。502℃、542℃C、700℃C、80C、900C響車筒竹炭在空氣凈化方面性能均較優(yōu)良,而且測試梢部、中部和基部不同部位車筒竹在竹材不同部位對車筒竹發(fā)空氣凈化性能的影響700C.80C.90c3種溫度下燒制竹炭的空不大,可以認為,車簡竹炭是制作空氣凈化用氣凈化性能,結(jié)果見表2。結(jié)果表明3種不同部吸附性炭產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)材料。已開發(fā)成功車筒竹則幾乎相等:苯吸附率和TvoC吸附率梢部與基部近相等,低于中部。綜合以上4項空氣凈化參考文獻性能,梢部、中部和基部車筒竹炭均有良好1張文標(biāo)竹炭竹醋液l博士論文]南京:南京林業(yè)大學(xué),2002:23-24現(xiàn),其中以中部最優(yōu)。2張文標(biāo),竹炭生產(chǎn)和應(yīng)用[J].竹子研究匯24車筒竹微納米竹炭雕的制作刊,2001.20(2)49-54炭雕是利用粉末狀炭原料應(yīng)用成型與雕刻3左宋林毛竹竹材炭化機理的研究[博士論技術(shù)加工而成的同時具有空氣凈化與裝飾功能文南京南京林業(yè)大學(xué).2003:21-23的一種產(chǎn)品。將空氣凈化性能優(yōu)良的車筒竹炭4華錫奇,李琴.竹炭的燒制和用途開發(fā)J竹子研磨成大小為微納米級的粉末狀炭.再加工成5張文標(biāo),傅金和,等.2種廣東叢生竹炭成型純竹炭雕或添其他炭材料的混合炭雕,成性能的研究[小].竹子研究匯刊,2008功制作了空氣凈化性能優(yōu)良、美觀實用的車筒27(1)46-49國外動態(tài)孟加拉東北部的藤企業(yè)對孟加拉東北部藤家具企業(yè)的狀況,趨外,缺乏推銷、技術(shù)落后和研究不足也限制了勢、問題和未來發(fā)展進行了闡述。本研究重點該行業(yè)的發(fā)展?jié)摿?。要改善這一狀況,關(guān)鍵是關(guān)注了所研究區(qū)域內(nèi)藤的采購和管理以及藤在相關(guān)政府機構(gòu)要持續(xù)地供應(yīng)原材料、有信譽服家庭手工業(yè)和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)收入增長中所發(fā)揮的作務(wù)機構(gòu)要提供小額信貸予以支持以及有非政府用等問題。研究結(jié)果顯示,原材料的缺乏與供組織提供定期培訓(xùn)和市場營銷活動。應(yīng)對植物應(yīng)不足是一個關(guān)鍵的問題,成熟度,規(guī)格材和和培育特點、農(nóng)民的參與和喜好、性別和平等精加工的低質(zhì)量則進一步加劇了這一問題。另問題以及政策和管理方面進行了研究