生物质棉秆制备活性炭的试验研究

秦翠兰 王磊元 赵群喜 李风娟

(新疆理工学院，新疆 阿克苏 843000)

1 材料与方法

1.1 材料

棉秆取自新疆阿克苏市温宿县库如力村农田，自然风干后破碎至1 cm备用。试剂均为分析纯，由新疆科龙化工厂生产。

1.2 方法

称取一定数量的干燥原料放入烧杯中，按照正交试验条件进行配制浸泡。充分搅拌浸泡后将原料移至瓷坩埚，盖上盖子，放入马弗炉内完成炭化和活化过程[3]。再将样品转移出马弗炉，自然冷却至室温，将样品用10%盐酸在90 ℃条件下煮30 min，用蒸馏水反复清洗，直至中性，在105 ℃条件下烘干，并粉碎至所需目数[4]。计算活性炭的产率。

1.3 正交试验设计

为探讨ZnCl2浓度、浸泡时间、反应温度、反应时间等多个试验条件对农业废弃物活性炭性能的共同影响，进行正交试验。对以上因素选取4个水平，用L16(45)正交表安排试验，见表1。

表1 正交试验因素水平

2 结果与分析

2.1 正交试验结果

根据表2分析得出的结论，活性炭产率的较优水平：A1B4C1D1，说明在活化剂ZnCl2浓度20%、浸泡时间28 h、反应温度300 ℃、反应时间20 min的条件下，该试验条件即为棉秆活性炭生产产率的最佳条件。主次因素：C>D>A>B。

表2 棉秆活性炭正交试验方案与结果

2.2 指标和参数之间的关系

图1 各因素水平对活性炭产率的影响

从上图中可以看出，因子ZnCl2浓度的实际水平为横坐标，活性炭产率为纵坐标，ZnCl2浓度影响活性炭产率极差为7.1；因子浸泡时间的实际水平为横坐标，活性炭产率为纵坐标，浸泡时间影响活性炭产率极差为2.7；因子反应温度的实际水平为横坐标，活性炭产率为纵坐标，反应温度影响活性炭产率极差为33.1；因子反应时间的实际水平为横坐标，活性炭产率为纵坐标，反应时间影响活性炭产率极差为14。由此说明反应温度对活性炭产率影响最大，反应时间的影响第二，ZnCl2浓度的影响第三，浸泡时间的影响最小。

2.3 活性炭产率的方差分析

由上述方差分析表3分析可得，在给定α=5%，查表得Fα(3，3)=9.28。易见FC>9.28，这表明反应温度对活性炭产率有显著影响；又FA<9.28，FB<9.28，FD<9.28，表明ZnCl2浓度、浸泡时间和反应时间对活性炭产率无显著影响。

表3 方差分析表

3 结论与讨论

活性炭产率的较优水平：A1B4C1D1，说明在活化剂ZnCl2浓度20%、浸泡时间28 h、反应温度300 ℃、反应时间20 min的条件下，活性炭产率达到62%。该试验条件即为棉秆活性炭生产产率的最佳条件。影响活性炭产率主次因素为：反应温度>反应时间>ZnCl2浓度>浸泡时间；通过方差分析表表明反应温度对活性炭产率有显著影响。以棉秆为原料制备活性炭，不仅开辟了活性炭原料的新途径，而且解决了农业废弃物减量化、资源化的问题，对实现农业的可持续发展具有重要的意义。