基本信息
- 項目名稱：
- 杜仲葉林枝木制備活性炭的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本項目以剝皮后的杜仲葉林枝木為原料，探討杜仲葉林枝木制備活性炭的工藝并以吸附性能為指標優(yōu)化工藝，不僅得到高吸附性能的杜仲活性炭，實現(xiàn)杜仲的四級開發(fā)，而且通過采用相關的方法與設備，開發(fā)出清潔活性炭生產工藝與設備，實現(xiàn)了活性炭清潔化生產。本項目開拓了活性炭制備的新原料，為杜仲葉林枝木拓寬了利用途徑，提高了杜仲葉林模式推廣效益。本項目研發(fā)的廢煙氣、廢水處理工藝，在清潔活性炭生產中具有推廣價值。
- 詳細介紹：
- 杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)，單科、單屬、單種，是特有名貴經濟樹種，其樹皮、樹葉和果實是很有前途的醫(yī)用和工業(yè)原料，在我國大部分地區(qū)均可栽培。杜仲樹體高大，種子和葉子采集困難，產業(yè)化成本高，若要利用樹皮或者枝木，就要毀林，產業(yè)化開發(fā)難度較大。為克服傳統(tǒng)栽培模式的缺陷，指導老師蘇印泉教授以及課題組按照國際市場對杜仲葉的需求，研發(fā)出以產葉為目的的商品林，簡稱“杜仲葉林栽培模式”（leaf-oriented tree model of Eucommia ulmoides Oliv）。 杜仲葉林栽培模式即改高大喬木為灌木的經營模式, 利用杜仲萌芽能力強的特性, 定植后每年春天從靠近地面處平茬, 并在主干上萌生出的枝條中選育3個不同方向、分布均勻的萌條構成開放型樹冠,以后每年春天樹液流動時平茬[4]。該模式具有“當年栽植，當年收益；一次栽植，年年收益”的特點。葉林模式種植密度為26655株/hm 2，定植后三年開始，每年生產干葉 15.0 t/hm2；干皮 7.5 t/hm2；木材 22.5 t/hm2，可生產大量的生物質資源。杜仲葉林模式的枝木組織致密、數(shù)量多，可用于生產優(yōu)質活性炭。 本項目以剝皮后的杜仲葉林枝木為研究對象，采用單因素和正交試驗綜合分析，探討杜仲枝木活性炭制備的工藝及并以吸附性能為指標優(yōu)化其制備工藝，不僅得到高吸附性能的杜仲活性炭，實現(xiàn)杜仲的四級開發(fā)，而且通過采用相關的方法與設施，對活性炭生產過程中的產生的廢水、廢煙氣實現(xiàn)了無害化處理，資源化利用。本項目開拓了活性炭制備的新原料，得到了高性能的活性炭產品，為杜仲葉林枝木拓寬了利用途徑，提高了杜仲葉林模式推廣效益。本項目研發(fā)的廢煙氣、廢水處理工藝，在活性炭領域具有推廣價值。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 1、以剝皮后的杜仲葉林枝木為研究對象，采用單因素和正交試驗綜合分析，探討杜仲枝木活性炭制備的工藝及并以吸附性能為指標優(yōu)化其制備工藝，不僅得到高吸附性能的杜仲活性炭，而且通過采用相關的方法與設施，實現(xiàn)了清潔活性炭生產技術。 2、本項目開拓了活性炭制備的新原料，得到了高性能產品，為杜仲葉林枝木拓寬了利用途徑，提高了杜仲葉林模式推廣效益。本項目研發(fā)的廢煙氣、廢水處理工藝，在活性炭領域具有推廣價值。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、產品性能先進，極具產業(yè)化前景。 2、設備創(chuàng)新。(1)浸漬設備創(chuàng)新，利用經耐腐蝕材料處理過的間歇釜式反應器雙向攪拌加速捏合；(2)炭活化設備改進，利用熱解產生的不可冷凝氣體作為保護氣,也可作為優(yōu)質煤氣。 3、采用清潔生產技術。通過對傳統(tǒng)回轉爐的改進，實現(xiàn)了對“三廢”的循環(huán)利用。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 1、產品經濟效益明顯。 2、可實現(xiàn)農民增收。杜仲葉林定植后三年后，每年每公頃生產干葉15.0 t，干皮 7.5 t，木材 22.5 t，其中干葉3千元/t，皮1萬元/t，木材3百元/t，杜仲枝木制備優(yōu)質活性炭，增加了農民的收入。 3、該工藝實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，是活性炭制備工藝與廢物處理工藝的重要革新。（一）收集廢煙氣產生了木醋液。（二）對其廢水進行處理，可使廢水循環(huán)利用，節(jié)約了成本。
學術論文摘要
- 活性炭(activated carbon,簡稱AC)是一種具有較豐富的內部孔隙結構和較高的比表面積的優(yōu)質吸附劑。目前我國主要是以煤炭、木材、椰子殼、果殼等材料作為原料生產活性炭的研究較多，但以杜仲葉林枝木為原料制備活性炭的研究尚未見相關報道。本研究以去皮后的杜仲葉林枝木為原料，采用氯化鋅活化法制備杜仲葉林枝木活性炭，探討了氯化鋅活化劑溶液濃度、液料質量比、浸漬時間、活化溫度和活化時間對吸附劑吸附性能的影響。實驗結果表明，氯化鋅活化法制備杜仲葉林枝木活性炭吸附劑的最佳工藝條件為：氯化鋅溶液質量分數(shù)為35 %、液料質量比為4.0∶1、浸漬時間15 h、活化溫度600 ℃、活化時間180 min。所得杜仲葉林枝木活性炭吸附劑的得率為 32.5 %,碘吸附值為1210.8 mg/g，亞甲基藍吸附值為216.5 mg/g，達到了GB/T 13803.2—1999《木質凈水用活性炭》一級品標準（碘吸附值1000mg/g，亞甲基藍吸附值90mg/g）。
獲獎情況
- 一、Preparation of activated carbon from the stick woods of Eucommia Ulmoides Oliv. using zinc chloride activation method, BIT's 1st Annual World Congress of Bioenergy (WCBE-2011 may,20-22,Shanghai,China).(EI)； 二、本校第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽特等獎； 三、省“挑戰(zhàn)杯”比賽中獲特等獎；四、中央電視臺，指導老師關于杜仲的專題報道。 五、Study on Property and Application of Pyrolysis Productions from the stick woods of Leaf-oriented Tree Model of Eucommia Ulmoides Oliv.（ISTP）
鑒定結果
- 所得杜仲葉林枝木活性炭吸附劑的得率為32.5%,碘吸附值為1210.8 mg/g，亞甲基藍吸附值為216.5 mg/g，達到了GB/T 13803.2—1999《木質凈水用活性炭》一級品標準。
參考文獻
- [1]曹慧娟.植物學(第2版)[M].北京:中國林業(yè)出版社,1992. [2]何文廣,蘇印泉,徐詠梅,等.外源激素影響杜仲葉中次生代謝物含量的研究[J].西北林學院學報,2009,24(6):121～123. [3] 徐詠梅,蘇印泉,彭鋒,等.杜仲喬林與葉林樹皮中次生代謝物含量的比較[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2006,34 (4):55～57. [4]李新柱,范艷青,陳雯.云南煤炭資源與活性炭生產[J].昆明理工大學學報(理工版),2003,18(4):27～30. [5]郭樹才.煤化工工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,1995.312～313. [6] N. A. Seaton, J. P. R. B. Walton, N. Quirke. A new analysis method for the determination of the pore size distribution of porous carbons from nitrogen adsorption measurements [J]. 1989,27(16):853～861. [7] Michal Kruk, Mietek Jaroniec, Yuri Bereznitski. Adsorption study of porous structure development in carbon blacks[J]. Journal of Colloid and lnterface Science, 1996, 182(l):282～288.
同類課題研究水平概述
- （1）國外概況 木炭用作吸附劑已有很久的歷史，但工業(yè)化生產活性炭卻是20世紀初才實現(xiàn)的。1900年RaPheal Von Ostrejko在英國申請的14224和18040號專利奠定了工業(yè)化生產活性炭的基礎。此專利發(fā)明了用二氧化碳氣體或水蒸氣與炭化物反應制造活性炭，或用金屬氯化物炭化植物性原料制造活性炭的方法。1911年，奧地利的Fanto公司和荷蘭的Norit公司首先用氣體活化法生產糖液脫色用粉狀活性炭。隨后，Wunsch發(fā)明了用氯化鋅處理木質原料制造活性炭的方法，并于1913年獲得澳大利亞專利。同年，Aussig/Elbe化學冶金生聲公司用該法生產粉狀脫色活性炭。第一次世界大戰(zhàn)期間，開始用氯化鋅活化木屑生產防毒面具用顆粒活性炭。戰(zhàn)后，以椰殼和杏核殼為原料，用氯化鋅法生產出強度高、對氣態(tài)物質吸附能力大的顆?；钚蕴坎充N于全世界。30年代后期，氯化鋅法活性炭開始用于回收揮發(fā)性溶劑和煤氣中的苯?；钚蕴坑糜谏纤幚硎加?927年，近年來，化學法發(fā)展緩慢，而物理法及顆粒炭發(fā)展較快。當前的趨勢是:原料向價廉且能大量供給的如煤、石油瀝青等方向發(fā)展;設備向大型連續(xù)、自動化方向發(fā)展，科研開發(fā)深入，新技術、新產品不斷出現(xiàn)。 （2）國內概況 我國的活性炭工業(yè)初創(chuàng)于50年代，60~70年代打基礎，前30年經過馬鞍形、螺旋式曲折發(fā)展歷程，基本上建成了獨立、完整、初具規(guī)模的工業(yè)體系;近20多年來在改革開放的新形勢下得到了蓬勃的發(fā)展。目前，年產量已達約30萬t，超過了美國居世界第一位;活性炭工業(yè)產值在整個林化產品中僅次于紙和松香居第3位。我國生產的活性炭主要供國內使用，近年來，出口量增加較快，出口地區(qū)主要是東南亞、西歐和美國等。 （3）活性炭新進展 活性炭生產近年得到了迅速發(fā)展。活性炭的生產原料己不僅限于木材、煤、果殼和果核等。在活性炭生產工藝及設備上，近年來也取得了許多進展，如出現(xiàn)了藥品法不定型顆粒炭。藥品活化法生產活性炭得率高，節(jié)省原料，但氯化鋅法污染重，有人在磷酸法的基礎上開發(fā)出了磷酸—催化劑法生產新工藝，可大大提高產品質量。過去，柱狀活性炭通常用優(yōu)質煤或果核炭生產，而現(xiàn)在出現(xiàn)了木質柱狀炭。在炭的酸洗方法等其他生產工藝及多管爐等生產設備改進上也出現(xiàn)了許多新見解、新方法。
