车筒竹热解及其竹炭产品开发

ACADEMIC FIELD学术园炮车筒竹热解及其竹炭产品开发王裕霞'王玉2张方秋'黄慧潘文(1广东省林业科学研究院广州5105202江西省林业科学院南昌3032)摘要:研究了车筒竹材热解工艺及其竹炭的基本性能,测定了车筒竹竹炭净化空气的性能。结果表明,车筒竹的热分解过程与毛竹相近,在制取车筒竹竹炭时可以采用现有的毛竹炭烧制工艺和设备。采用机械炉烧制的502℃、542℃车筒竹炭及用特制箱式电阻炉制取的700℃、800℃、900℃车筒竹炭在空气净化方面性能均较优良,适合用于生产空气净化类吸附性产品。已开发成功车筒竹炭微纳米炭雕关键词:车筒竹热解;竹炭;空气净化;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竹材资源的开发利用是可持续林业发展的秆,取梢部、中部和基部在不同终点温度下烧一个重大课题。中国丛生竹资源丰富,由于径制成竹炭。级小,材性不很优良,大多数丛生竹材都未被1.2方法利用,只有少数用于制浆造纸、编制竹工艺品1.2.1车筒竹热解方法和工艺研究或作观赏用途等,存在着利用率不高的问题。3年生车筒竹.分别取梢部、中部和基部的竹材经过一定工艺烧制热解可制得主要产品竹竹粉.用同步热分析仪(STA409PC)进行热重炭,同时伴有大量副产物竹醋液和竹焦油。竹(TG)和差示扫描量热(DSC)测试,从室温炭具有特殊的微孔结构,这些微细孔道具有超到800C.升温速度为20℃/min,以氮气为气强的吸附能力,能吸附空气中的甲醛等有害化氛,流速为25m/mn,测得TG/DSC曲线,分析学物质及臭气、异味和湿气-3。本项目通过车筒竹热解特性,初步确定车筒竹烧制工艺。研究车筒竹材热解工艺及其竹炭和竹醋液的性1.2.2车筒竹竹炭的制备能,为丛生竹材热解高效利用提供参考。根据热解曲线,初步确定车筒竹的热解1试验材料与方法工艺进行车筒竹炭制备。采用机械炉.控制终1.1材料点温度500C和600c制备竹炭,并同时收集竹3年生车筒竹( Bambusa sinospinosa Mcclure)醋液。另外,实验室用特制箱式电阻炉,在6柏明娥,陈顺伟,庄晓伟不同精制工艺对浙江农业学报.2006.8(4):268-272竹醋液理化性质的影响J].林产化工通讯,9张文标,李文珠,张宏等编著.竹炭竹醋200539(2):25-27液的生产与应用M].北京:中国林业出版7翁益明,王伟龙,张文标,等用竹炭精制社,2006,10-60竹醋液的研究[J]竹子研究汇刊,2005,2410专利:化品,板井炉株式会社,申请公开号(2):44-47特开2007-77034(P2007-77034A)8鲍滨福,马建义.张齐生等.竹醋液作为植11李文珠,张文标,楼坚强竹炭性能与检测方物生长调节剂的开发研究[].()田间试验.·法[刂.世界竹藤通讯,2007,(3):20-22■世界竹藤通讯 WORLD BAMBOO AND RATTAN梢部、中部和基部分别取样,控制终点温度2结果与分析700℃、800C、900C,升温速度为20C/min,2.1车筒竹热解方法和工艺研究制备不同竹材部位和不同烧制温度的车筒竹图1、图2、图3是车筒竹粉热解得到的炭,用于车筒竹炭理化性能测试与分析TG/DSC曲线及其分析图。可以看出,车筒竹材12.3车筒竹竹炭和竹醋液性能测试方法不同部位竹粉的热解曲线基本一致1.2.3.1竹炭的含水率采用水分快速测定仪进行测试1.23.2竹炭的密度竹炭密度为单位体积的质量,取炭颗粒采用固体密度测定仪进行测试1.23.3竹炭的灰分含量将试样粉碎到60目以上,并干燥至恒重称取一定质量的试样以盖过坩埚底部为宜精确到0001.入高温箱式电阻炉在8020C的条件下灼烧到恒重,样品全部成灰白图1车筒竹不同部位热解曲线色.冷却后称量以残留物质量占试样原质量的百分数作为灰分值。从TG曲线分析图可知,随着温度的升高1.2.3.4竹炭的挥发分含量有2个明显的失重阶段,整个热解失重可分成称取一定质量的试样平铺于坩埚底部,3段。第1阶段是从起始温度到105℃左右,主将坩埚盖好,隔绝空气在850℃的高温下加热7要是竹粉中水分的蒸发,也就是干燥阶段min.所失去的质量占试样原质量的百分数作为不同部位竹粉的含水率略有不同,基部失重挥发分。为2.65%,中部失重为3.95%.梢部失重为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阶固定碳是指竹炭中有效碳元素的百分含段是270-370℃,失重明显,基部竹粉在温度量.以干燥后的竹炭重量减去其灰分量和挥发到达364℃时,失重为56.96%.中部竹粉温分量计算得。度到达365.6℃时,失重率为60.00%.梢部2.3.6竹炭的酸碱性竹粉温度到达372.7C时,失重率为64.08%称取试样5g置于100mL的锥形瓶中,加入从梢部到基部失重率略有增加:第3阶段为新煮沸冷却的蒸馏水50m,加热煮沸5min,补370-900C,竹粉热解失重逐澌趋向平衡.最添蒸发的水,过滤将初滤液5mL弃去,余液冷终残余质量基部为20.54%、中部为20.74%却到室温后用叶H计测定。梢部为21.46%。1.2.4车筒竹竹炭净化空气性能测试从DSC曲线图可知,整个热解过程有2参照“空气净化用竹炭国家标准”(待公个明显的吸热峰。第1个峰在50-130℃间布),测试不同工艺条件下制得的车筒竹炭对主要是竹粉中的水分蒸发所吸收的热量,且甲醛、氨、苯和Tvoc等的吸附值,并用ASAP不同部位吸收的热量差值不大:第2个峰在2020比表面积测试仪测试比表面积。300-390C间,主要是竹材中的有机物热解吸3车简竹微纳米炭雕制作收热量,从基部到梢部吸热终点温度分别为将空气净化性能优良的车筒竹炭磨成微纳375.2℃C.378.5℃C、3841C,吸热面积从基部米颗粒,经成型与雕刻制作成微纳米竹炭雕到梢部分别为141.9713J/g、152.8677J/928.9788J/g本项目的完成得到渐江林学院张文标副教授与李文珠老师热心综上分析,车筒竹的热分解过程是:100c帮助与支持,谥致∮衷心感谢!以下有失重和吸热,主要是水分的蒸发;在6208年第6卷第6期ACADEMIC FIELD学木园地炭净化空气方面的性能主要为对甲醛、氨、苯和TvoC等的吸附能力。不同烧制温度车筒竹炭的性能测试结果见表1。从表1看出,500c至90oc车筒竹炭叫H值几乎相同均为10左右:含水率相近大多在4.0%以下:密度亦较相近,多在0.5(g/cm2)左右或以下,唯542℃者0.78(g/cm2)。不同烧制温度车筒竹炭的灰分含量均较高,多接近或超图2车筒竹热解TG曲线分析过8.0%,542C时最低,为5.0%。挥发分含量随烧制温度升高而明显降低:固定碳含量随烧制温度升高而升高,800C者最高,900C者略有降低。竹材中含有磷、钾、硅等元素组成的无机成分,在竹材热解过程中仍然存在竹炭之中而成为竹炭灰分。竹炭在高温下煅烧时放出的二氧化碳、一氧化碳.甲烷等气态产物称为挥发分。温度越高,竹材炭化越充分,挥发分物质被挥发掉或参与二次反应而导致留在竹炭中的挥发分物质减少,固定碳是指竹发中有效碳元素的百分含量,其与竹炭烧制工艺及竹种图3车筒竹热解DSC曲线分析的灰分含量相关260c以下,重量基本没有变化:随着温度继续低中温(502℃.542℃.700C)车筒竹炭升高.竹材受热分解速度显著加快,温度上升比表面积较小,在524m/9132.8m3/g的范围到约270℃左右时,分解反应剧烈进行,TG曲内,而800C、900c车筒竹炭比表面积分别为线上有明显失重.DSC曲线上有一个明显的强1166m2/g和368.3m2/g。在此实验中同时烧制吸热峰。对照毛竹材的热解工艺和理论李与测定的530c毛竹炭较车筒竹炭比表面积大筒竹的热分解过程同毛竹相近。在制取车筒竹为237,8m/,张文标等研究了2种丛生竹炭炭时可以采用现有的毛竹炭烧制工艺和设备。性能,结果为80c小叶龙竹炭与马来甜龙竹炭22车筒竹竹炭性能的比表面积分别是2336m/g与76.7m2/g。本竹炭的基本理化性能包括竹炭的含水率.实验中800C车筒竹炭比表面积大小介于以上两密度、灰分、挥发分,固定碳和酸碱性等。竹者之间。表1不同烧制温度车筒竹炭性能指标竹材类别车筒竹毛竹备注:空气净化用竹炭国标(待公布)竹炭烧制温度/℃一级品级品含水事/%3.83.7密度(g/cm)0.5210.4650.4800.463值灰分/%7.7挥发分/%22.36.15.819.5固定碳/%67.672.78085473.385≥75比表面积(m2/g)52,428109116.668.3257.8甲醛吸附率/9l5.1≥10氨气吸附率/12.414.620.1l1.5苯吸附率/%6.310.18.37.610.710.3Tvoc吸附率/%9.19.59.2世界竹藤通讯 WORLD BAMBOO AND RATTAN表1还表明,在空气净化性能方面,表2不同部位车筒竹炭空气净化性能比较500c-900C不同温度间车筒竹炭,随着烧制温度的升高,甲醛吸附率及TVOC吸附率明显竹材部位梢部竹炭中部竹炭基部竹炭含水率/%升高,成线性关系;氨气吸附率与苯吸附率亦密度(g/cm)0.010.850,421pH值9.8表现出随着烧制温度升高而升高的总趋势,但灰分/%其中542C竹炭的苯吸附率较高、800C竹炭的挥发分/%氨气吸附率与苯吸附率较低而偏离了趋势。对比表面积(m/g)204.3192186照“空气净化用竹炭国家标准(待公布)的甲醛吸附率/%14.9各项指标,除灰分与固定碳含量外,502℃氨气吸附率/%17.2苯吸附率/%542℃.700c,800℃C,900c车筒竹炭的各项TVoC吸附率/%10.513.8性能均基本达到或超过一级品标准,多数指标大大超过超过一级品标准,其中Tvoc吸附率是竹微纳米竹炭雕产品。一级标准的2.15-3.73倍。综合以上结果可以3结论认为,车简竹炭是制作空气净化用炭新产品的车筒竹的热分解过程与毛竹相近.在制取优质材料。车筒竹竹炭时可以采用现有的毛竹炭烧制工艺23竹材部位对车筒竹炭空气净化性能的影和设备。502℃、542℃C、700℃C、80C、900C响车筒竹炭在空气净化方面性能均较优良,而且测试梢部、中部和基部不同部位车筒竹在竹材不同部位对车筒竹发空气净化性能的影响700C.80C.90c3种温度下烧制竹炭的空不大,可以认为,车简竹炭是制作空气净化用气净化性能,结果见表2。结果表明3种不同部吸附性炭产品的优质材料。已开发成功车筒竹则几乎相等:苯吸附率和TvoC吸附率梢部与基部近相等,低于中部。综合以上4项空气净化参考文献性能,梢部、中部和基部车筒竹炭均有良好1张文标竹炭竹醋液l博士论文]南京:南京林业大学,2002:23-24现,其中以中部最优。2张文标,竹炭生产和应用[J].竹子研究汇24车筒竹微纳米竹炭雕的制作刊,2001.20(2)49-54炭雕是利用粉末状炭原料应用成型与雕刻3左宋林毛竹竹材炭化机理的研究[博士论技术加工而成的同时具有空气净化与装饰功能文南京南京林业大学.2003:21-23的一种产品。将空气净化性能优良的车筒竹炭4华锡奇,李琴.竹炭的烧制和用途开发J竹子研磨成大小为微纳米级的粉末状炭.再加工成5张文标,傅金和,等.2种广东丛生竹炭成型纯竹炭雕或添其他炭材料的混合炭雕,成性能的研究[小].竹子研究汇刊,2008功制作了空气净化性能优良、美观实用的车筒27(1)46-49国外动态孟加拉东北部的藤企业对孟加拉东北部藤家具企业的状况,趋外,缺乏推销、技术落后和研究不足也限制了势、问题和未来发展进行了阐述。本研究重点该行业的发展潜力。要改善这一状况,关键是关注了所研究区域内藤的采购和管理以及藤在相关政府机构要持续地供应原材料、有信誉服家庭手工业和当地社区收入增长中所发挥的作务机构要提供小额信贷予以支持以及有非政府用等问题。研究结果显示,原材料的缺乏与供组织提供定期培训和市场营销活动。应对植物应不足是一个关键的问题,成熟度,规格材和和培育特点、农民的参与和喜好、性别和平等精加工的低质量则进一步加剧了这一问题。另问题以及政策和管理方面进行了研究