白芍秸秆制备活性炭的工艺及性能研究

夏友付，王增平，李 涛，王文建

(亳州学院 生物与化学工程系，安徽 亳州 236800)



白芍秸秆制备活性炭的工艺及性能研究

夏友付，王增平，李 涛，王文建

(亳州学院 生物与化学工程系，安徽 亳州 236800)

以白芍秸秆为原料，采用微波辐照磷酸活化法制备活性炭。在最佳工艺条件下，所制备出的白芍秸秆活性炭的BET表面积为940.87 m2/g，碘吸附值达1 265.1 mg/g，亚甲基蓝吸附值达396.7 mg/g，得到收率为58%。用制备的白芍秸秆活性炭对中药材中的SO2吸附进行考察，实验结果表明，该活性炭对中药材中的SO2吸附效果较好。

白芍秸秆；活性炭；吸附；中药材

活性炭是具有特殊结构和比表面积的化工材料[1]，它具有吸附能力强[2]、化学稳定性好和方便再生等特点，被广泛用于化工行业[3]、食品[4,5]等领域，活性炭的需求量越来越大。活性炭制备的原料来源广泛，近期报道了沙柳[6]、废茶[7]、玉米秸秆[8]、果壳[9]、麦秆[10]等农作物为原材料。活性炭制备技术已经逐渐成熟，其中磷酸微波辐射法[11]具有成本小、活化温度低和制备流程简单的特点，已成为化学活化法生产活性炭的主要方法。

课题组已经报道了，用白芍秸秆制备活性炭的研究[12]，得到很好性能的活性炭，不过制备活性炭的条件要求温度很高，不易开展工业生产。研究白芍秸秆为原料，采用微波辐照方法制备活性炭，并检测白芍秸秆活性炭的性能。活性炭用于捕获CO2[13]和SO2[14]，我们设想用制备白芍秸秆活性炭用于吸附中药材中的SO2的研究，吸附后的中药材的达到药典要求。

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

(1)材 料：安徽省亳州市谯城区道地的白芍秸秆，粉碎长度为0.5—2.5cm的原料样品。

(2)试 剂：盐酸，氮气，蒸馏水，碘化钾，磷酸，可溶性淀粉，淀粉指示剂，碘，重铬酸钾，亚甲基蓝，硫代硫酸钠，化学试剂为分析纯。

(3)仪 器：Tristar II 3020 M型全自动比表面积和孔隙分析仪，美国Micromeritics；Q5000IR型热重分析仪器，美国TA公司产品；S-4800扫描式电子显微镜，日本日立；FA2004型电子天平，上海方瑞仪器有限公司；DHG-9035A型电热鼓风恒温干燥箱，上海荣珂检测仪器有限公司；HH-S8型数显恒温水浴锅，常州万合仪器有限公司；T10紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；ME6-TC微波样品处理系统，北京盈安美诚科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

取除去尘土杂质亳州市谯城区的白芍秸秆，粉碎长度为0.5—2.5cm的小段，在60℃条件下烘干。然后在磷酸溶液活化剂中浸泡，温度是常温，结束后将其抽滤、洗涤后，为原料样品。活化剂浓度为10wt%，白芍秸秆样品的质量与活化剂的体积比为1∶5，浸渍时间为48h。浸渍后的白芍秸秆样品，移至微波处理器中使之炭化活化，微波辐照温度为80℃，微波辐照时间为3min。炭化活化后的颗粒用蒸馏水洗涤至pH值在6—7，温度70℃条件下干燥，得到收率为58%的白芍秸秆活性炭。

1.3 活性炭性能表征

收率计算、亚甲基蓝吸附、碘吸附、热重分析、BET测试、X射线衍射和结构扫描。亚甲基蓝吸附值和碘的吸附值测定依据GB/T 12496.8—1999标准。

2 结果和分析

2.1 测试样品性能对比

取本实验制备的白芍秸秆活性炭与市场上的活性炭进行亚甲基蓝吸附、碘吸附、收率计算、比表面积测试参数的对比。其结果见表1。

表1 性能测定结果

2.2 活性炭表征

在最优工艺条件下，采用低温氮吸附法测试了其性能(图1)，测得了BET表面积为940.87 m2/g，微孔的比表面积为0.1384 cm2/g，平均孔径为3.626 nm的白芍秸秆活性炭。

通过扫描式电子显微镜对白芍秸秆活性炭进行扫描观察，所得电镜照片见图2。得到的产物上面有孔状结构如图2(A)，经放大可以看到这些孔径的大小主要分布在4—9 μm之间(图2B)，可以观察到活性炭的表面存在大量的小孔，增加了活性炭的表面积，这些小孔就能增加了活性炭的吸附能力，说明该活性炭的吸附性能很强。

2.3 活性炭的热重分析

在最佳工艺条件下，得到的活性炭，进行热重分析，升温速率10℃/min，氮气流速25 mL/min，结果如图3所示。白芍秸秆活性炭的质量随温度升高而不断减少。在100℃左右的质量损失主要是水失重过程。温度在100—500℃，样品质量基本不变，有少量的磷酸分子脱水聚合生成焦磷酸、偏磷酸等物质[15]。500℃之后，样品的质量下降很快，说明该活性炭的主要元素成分是碳。从其热重分析图可看出，样品的热稳定性较好。

2.4 吸附中药中的SO2的测定

称取10g亳州市场上的道地中药材，放入直径为20 cm的干燥器中，上面用装纱布里活性炭接触，密封放置。课题组考查了放置时间、温度、用量等因素，对吸附SO2的影响。

首先，温度是室温，用量是10g活性炭与10g SO2含量为560 mg/kg的白芍中药材饮片放置在吸附SO2的装置中，考察放置时间对吸附SO2影响见图4。

从图4中可以看到该上述工艺制备的活性炭对中药中SO2吸附有较好的效果，通过该活性炭吸附后的白芍饮片达到合格饮片的要求[16]。超过48 h以后对SO2吸附能力降低，时间对SO2吸附能力的影响不大，我们选择48 h为 最佳吸附时间。

在48 h的吸附时间下，用量是10 g的活性炭与10 gSO2含量为560 mg/kg的白芍中药材饮片放置在吸附SO2的装置中，考察放置温度对吸附SO2影响见图5。温度的改变对SO2吸附能力影响很大，但是随着温度35℃增加到45℃时，吸附能力改变不大，SO2吸附的最佳温度为35℃。温度过高对中药的成分有改变，没有考察。

在吸附时间为48h、吸附的温度为35℃的条件下，取10g SO2含量为560 mg/kg的白芍中药材饮片放置在吸附SO2的装置中，考察活性炭的用量对吸附SO2影响见图6。可以看出活性炭的用量对SO2吸附能力影响也是很大，最佳的用量为5 g。

综上所述，吸附白芍饮片中SO2的最优条件是时间为48h、温度为35℃、活性炭的用量为5 g。通过上述条件吸附的考察，饮片的质量达到要求。以后的工作要考察更多的中药是否实用该方法来除去中药材中的SO2。

3 结 论

(1)用微波条件制备活性炭，得到了较高的比表面积和较好的吸附能力。

(2)在实验室的条件下，得到的白烧秸秆活性炭的最有条件为：料液比为1∶5，浸渍时间为48h，活化剂的浓度10wt%，微波辐照温度为80℃，微波辐照时间为3min。得到收率为58%，BET表面积为940.87 m2/g活性炭。

(3)制备的活性炭用于中药材的SO2的吸附，取得了较好的效果，吸附后的中药材能达到国家标准，为白芍秸秆的综合利用提供了一种使用方法。

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A study on the Preparation Technology and Properties of Activated Carbon Made from Paeony Stalk

XIA Youfu,WANG Zengping,LI Tao,WANG Wenjian

(Department of Biological and Chemical Engineering,Bozhou University,Bozhou Anhui 236800,China)

Activated carbon was made from paeony stalk by microwave radiation with H3PO4as activating agent.Under the optimum technical conditions,the BET surface area of activated carbon made from paeony stalk is 940.m2/g,the iodine adsorption value is 1 265.1 mg/g,the methylene blue adsorption value is 396.7 mg/g,and its yield could reach 58%.The experiment tries using paeony stalk activated carbon to adsorb the SO2in Chinese herbal medicines,and the experimental results show that it takes effect.

paeony stalk;activated carbon;absorption;Chinese Herbal Medicines

1673-5072(2016)03-0285-04

2015-10-26 基金项目：安徽省高校省级自然科学研究项目(KJ2012B111)；安徽高校自然科学研究重点项目(KJ2015A393) 作者简介：夏友付(1981—)，男，安徽亳州人，讲师，主要从事有机合成与材料研究。 通讯作者：夏友付，E-mail:xiayoufu2005@126.com

TQ424.1

A

10.16246/j.issn.1673-5072.2016.03.010