基本信息
- 项目名称：
- 杜仲叶林枝木制备活性炭的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目以剥皮后的杜仲叶林枝木为原料，探讨杜仲叶林枝木制备活性炭的工艺并以吸附性能为指标优化工艺，不仅得到高吸附性能的杜仲活性炭，实现杜仲的四级开发，而且通过采用相关的方法与设备，开发出清洁活性炭生产工艺与设备，实现了活性炭清洁化生产。本项目开拓了活性炭制备的新原料，为杜仲叶林枝木拓宽了利用途径，提高了杜仲叶林模式推广效益。本项目研发的废烟气、废水处理工艺，在清洁活性炭生产中具有推广价值。
- 详细介绍：
- 杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)，单科、单属、单种，是特有名贵经济树种，其树皮、树叶和果实是很有前途的医用和工业原料，在我国大部分地区均可栽培。杜仲树体高大，种子和叶子采集困难，产业化成本高，若要利用树皮或者枝木，就要毁林，产业化开发难度较大。为克服传统栽培模式的缺陷，指导老师苏印泉教授以及课题组按照国际市场对杜仲叶的需求，研发出以产叶为目的的商品林，简称“杜仲叶林栽培模式”（leaf-oriented tree model of Eucommia ulmoides Oliv）。 杜仲叶林栽培模式即改高大乔木为灌木的经营模式, 利用杜仲萌芽能力强的特性, 定植后每年春天从靠近地面处平茬, 并在主干上萌生出的枝条中选育3个不同方向、分布均匀的萌条构成开放型树冠,以后每年春天树液流动时平茬[4]。该模式具有“当年栽植，当年收益；一次栽植，年年收益”的特点。叶林模式种植密度为26655株/hm 2，定植后三年开始，每年生产干叶 15.0 t/hm2；干皮 7.5 t/hm2；木材 22.5 t/hm2，可生产大量的生物质资源。杜仲叶林模式的枝木组织致密、数量多，可用于生产优质活性炭。 本项目以剥皮后的杜仲叶林枝木为研究对象，采用单因素和正交试验综合分析，探讨杜仲枝木活性炭制备的工艺及并以吸附性能为指标优化其制备工艺，不仅得到高吸附性能的杜仲活性炭，实现杜仲的四级开发，而且通过采用相关的方法与设施，对活性炭生产过程中的产生的废水、废烟气实现了无害化处理，资源化利用。本项目开拓了活性炭制备的新原料，得到了高性能的活性炭产品，为杜仲叶林枝木拓宽了利用途径，提高了杜仲叶林模式推广效益。本项目研发的废烟气、废水处理工艺，在活性炭领域具有推广价值。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、以剥皮后的杜仲叶林枝木为研究对象，采用单因素和正交试验综合分析，探讨杜仲枝木活性炭制备的工艺及并以吸附性能为指标优化其制备工艺，不仅得到高吸附性能的杜仲活性炭，而且通过采用相关的方法与设施，实现了清洁活性炭生产技术。 2、本项目开拓了活性炭制备的新原料，得到了高性能产品，为杜仲叶林枝木拓宽了利用途径，提高了杜仲叶林模式推广效益。本项目研发的废烟气、废水处理工艺，在活性炭领域具有推广价值。
科学性、先进性及独特之处
- 1、产品性能先进，极具产业化前景。 2、设备创新。(1)浸渍设备创新，利用经耐腐蚀材料处理过的间歇釜式反应器双向搅拌加速捏合；(2)炭活化设备改进，利用热解产生的不可冷凝气体作为保护气,也可作为优质煤气。 3、采用清洁生产技术。通过对传统回转炉的改进，实现了对“三废”的循环利用。
应用价值和现实意义
- 1、产品经济效益明显。 2、可实现农民增收。杜仲叶林定植后三年后，每年每公顷生产干叶15.0 t，干皮 7.5 t，木材 22.5 t，其中干叶3千元/t，皮1万元/t，木材3百元/t，杜仲枝木制备优质活性炭，增加了农民的收入。 3、该工艺实现资源的循环利用，是活性炭制备工艺与废物处理工艺的重要革新。（一）收集废烟气产生了木醋液。（二）对其废水进行处理，可使废水循环利用，节约了成本。
学术论文摘要
- 活性炭(activated carbon,简称AC)是一种具有较丰富的内部孔隙结构和较高的比表面积的优质吸附剂。目前我国主要是以煤炭、木材、椰子壳、果壳等材料作为原料生产活性炭的研究较多，但以杜仲叶林枝木为原料制备活性炭的研究尚未见相关报道。本研究以去皮后的杜仲叶林枝木为原料，采用氯化锌活化法制备杜仲叶林枝木活性炭，探讨了氯化锌活化剂溶液浓度、液料质量比、浸渍时间、活化温度和活化时间对吸附剂吸附性能的影响。实验结果表明，氯化锌活化法制备杜仲叶林枝木活性炭吸附剂的最佳工艺条件为：氯化锌溶液质量分数为35 %、液料质量比为4.0∶1、浸渍时间15 h、活化温度600 ℃、活化时间180 min。所得杜仲叶林枝木活性炭吸附剂的得率为 32.5 %,碘吸附值为1210.8 mg/g，亚甲基蓝吸附值为216.5 mg/g，达到了GB/T 13803.2—1999《木质净水用活性炭》一级品标准（碘吸附值1000mg/g，亚甲基蓝吸附值90mg/g）。
获奖情况
- 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、本校第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖； 三、省“挑战杯”比赛中获特等奖；四、中央电视台，指导老师关于杜仲的专题报道。 五、Study on Property and Application of Pyrolysis Productions from the stick woods of Leaf-oriented Tree Model of Eucommia Ulmoides Oliv.（ISTP）
鉴定结果
- 所得杜仲叶林枝木活性炭吸附剂的得率为32.5%,碘吸附值为1210.8 mg/g，亚甲基蓝吸附值为216.5 mg/g，达到了GB/T 13803.2—1999《木质净水用活性炭》一级品标准。
参考文献
- [1]曹慧娟.植物学(第2版)[M].北京:中国林业出版社,1992. [2]何文广,苏印泉,徐咏梅,等.外源激素影响杜仲叶中次生代谢物含量的研究[J].西北林学院学报,2009,24(6):121～123. [3] 徐咏梅,苏印泉,彭锋,等.杜仲乔林与叶林树皮中次生代谢物含量的比较[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2006,34 (4):55～57. [4]李新柱,范艳青,陈雯.云南煤炭资源与活性炭生产[J].昆明理工大学学报(理工版),2003,18(4):27～30. [5]郭树才.煤化工工艺学[M].北京:化学工业出版社,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.
同类课题研究水平概述
- （1）国外概况 木炭用作吸附剂已有很久的历史，但工业化生产活性炭却是20世纪初才实现的。1900年RaPheal Von Ostrejko在英国申请的14224和18040号专利奠定了工业化生产活性炭的基础。此专利发明了用二氧化碳气体或水蒸气与炭化物反应制造活性炭，或用金属氯化物炭化植物性原料制造活性炭的方法。1911年，奥地利的Fanto公司和荷兰的Norit公司首先用气体活化法生产糖液脱色用粉状活性炭。随后，Wunsch发明了用氯化锌处理木质原料制造活性炭的方法，并于1913年获得澳大利亚专利。同年，Aussig/Elbe化学冶金生声公司用该法生产粉状脱色活性炭。第一次世界大战期间，开始用氯化锌活化木屑生产防毒面具用颗粒活性炭。战后，以椰壳和杏核壳为原料，用氯化锌法生产出强度高、对气态物质吸附能力大的颗粒活性炭并畅销于全世界。30年代后期，氯化锌法活性炭开始用于回收挥发性溶剂和煤气中的苯。活性炭用于上水处理始于1927年，近年来，化学法发展缓慢，而物理法及颗粒炭发展较快。当前的趋势是:原料向价廉且能大量供给的如煤、石油沥青等方向发展;设备向大型连续、自动化方向发展，科研开发深入，新技术、新产品不断出现。 （2）国内概况 我国的活性炭工业初创于50年代，60~70年代打基础，前30年经过马鞍形、螺旋式曲折发展历程，基本上建成了独立、完整、初具规模的工业体系;近20多年来在改革开放的新形势下得到了蓬勃的发展。目前，年产量已达约30万t，超过了美国居世界第一位;活性炭工业产值在整个林化产品中仅次于纸和松香居第3位。我国生产的活性炭主要供国内使用，近年来，出口量增加较快，出口地区主要是东南亚、西欧和美国等。 （3）活性炭新进展 活性炭生产近年得到了迅速发展。活性炭的生产原料己不仅限于木材、煤、果壳和果核等。在活性炭生产工艺及设备上，近年来也取得了许多进展，如出现了药品法不定型颗粒炭。药品活化法生产活性炭得率高，节省原料，但氯化锌法污染重，有人在磷酸法的基础上开发出了磷酸—催化剂法生产新工艺，可大大提高产品质量。过去，柱状活性炭通常用优质煤或果核炭生产，而现在出现了木质柱状炭。在炭的酸洗方法等其他生产工艺及多管炉等生产设备改进上也出现了许多新见解、新方法。
