刺竹活性炭的制备及吸附性能研究

【目的】为充分利用刺竹Bambusa sinospinosa材,提高其利用率,进一步探究刺竹活性炭的生产工艺及使用领域,以达到提升其附加值的目的。【方法】以刺竹炭为原料,使用水蒸气活化法,采用单因素实验法探究温度、时间、水蒸气量对刺竹活性炭的得率及吸附性能的影响。使用傅里叶红外吸收光谱仪(FTIR)、X-射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔隙度分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)等对刺竹活性炭进行测试和表征。【结果】①刺竹活性炭的最优活化工艺为:活化温度875℃、活化时间2.0 h、水蒸气量0.50 L·h^(−1)。在该工艺下制备的刺竹活性炭得率为29.07%,强度达97.68%,碘吸附值为1235.03 mg·g^(−1),亚甲基蓝吸附值为276 mg·g^(−1),吸附性能较好。②红外吸收光谱表明:经活化之后峰值在3130、3010、1670 cm^(−1)等处变弱,876、809、747 cm^(−1)处吸收峰消失,但主要峰依然存在;XRD分析表明:活性炭中含有石墨α轴结构;经比表面积测试和电镜观察,最优工艺活化后的刺竹活性炭孔隙发达,孔容、孔径都有不同程度的提升,总孔容为0.489 cm^(3)·g^(−1),微孔容为0.388 cm^(3)·g^(−1),平均孔径为23.378 nm,BET比表面积为837.005 m^(2)·g^(−1)。【结论】使用最优活化工艺所制备的刺竹活性炭具有较好的性能,可用于吸附、除污等不同场合。

低灰分刺竹炭制备及性能表征

为制备高性能刺竹活性炭,需将活化前刺竹炭进行脱灰处理。以刺竹为原料,采用单因素实验法研究酸浸水浸刺竹粉、炭化后与碱混合二次炭化刺竹炭、再次酸浸水浸刺竹炭三流程脱灰工艺。通过灰分含量测定,确定最佳脱灰工艺;通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积(BET)、电感耦合等离子体(ICP)测试,研究刺竹炭官能团、微观结构、元素含量变化等情况。实验结果表明,最佳脱灰工艺为:2 mol/L HCl酸浸刺竹粉,温度和时间分别为40℃和60 min;去离子水水浸刺竹粉温度和时间分别为40℃和40 min;炭化后刺竹炭与NaOH质量比1∶5进行二次炭化,温度和时间分别为600℃和1 h;最后2 mol/L HCl酸浸刺竹炭,温度和时间分别为20℃和40 min、去离子水浸刺竹炭温度和时间分别为40℃和40 min。刺竹炭灰分含量从7.91%降至0.50%,下降了93.68%。FT-IR分析得出脱灰处理对刺竹炭峰值影响较小,降低灰分的同时并不会破坏刺竹炭的主要结构;刺竹炭峰值强度明显增强,利于处理中反应的进行。元素含量分析得出酸浸、水浸对钾、钠、钙、镁元素脱除作用较明显,与碱混合二次炭化刺竹炭对铝和硅元素脱除作用较明显。BET与SEM分析得出随着三流程脱灰工艺进行,处理后的刺竹炭比表面积、总孔容、微孔容都呈上升趋势,结合各项测试表明部分脱灰工艺参数选择不当会造成灰分含量明显升高。

车筒竹、箣竹和越南巨竹竹材的纤维形态与组织比量

研究了大型丛生竹种车筒竹Bambusa sinospinosa,箣竹Bambusa blumeana和越南巨竹Dendrocalamus yunnanicus竹材的纤维形态和组织比量,并与造纸性能良好的青皮竹Bambusa textilis做比较。结果表明:车筒竹、箣竹和越南巨竹竹材纤维长度分别为2.37,2.27和2.49 mm,属于长纤维原料,且高于青皮竹;纤维长宽比分别达145,124和128,与青皮竹相当或略小,壁腔比均小于青皮竹的相应值;纤维组织比量分别为49.79%,45.95%和50.50%。从分析结果看,3竹种具有较好的纤维形态和较高的纤维组织比量,适宜做制浆原料。

3种丛生竹化学成分与纤维形态研究

研究了大型丛生竹车筒竹、箣竹和越南巨竹的化学成分和纤维特征,并与青皮竹作比较;结果表明,车筒竹、箣竹和越南巨竹的综纤维素含量分别达73.43%、71.71%和67.37%,酸不溶木素分别为23.13%、21.39%和23.72%,均与青皮竹的相应值基本相当;抽出物中,3种竹材的苯-醇抽出物均较低,而热水抽出物和氢氧化钠抽出物较高;纤维特征方面,3种竹材纤维长度分别为2.37 mm、2.27 mm和2.49 mm,属于长纤维原料,且高于青皮竹;纤维长宽比分别达144、124和128,与青皮竹相当或略小,而壁腔比均小于青皮竹。从对造纸原料的要求看,3种竹材综纤维素含量较高,木素与抽出物含量较低或中等,纤维形态较好,适宜作为造纸原料。

车筒竹地上生物量分配格局及秆形特征

为评价大型丛生竹种车筒竹Bambusa sinospinosa作为板材原料的适宜性,以毛竹Phyllostachys pubescens为参比竹种,研究了车筒竹地上生物量分配格局及秆形特征。结果表明:车筒竹地上各器官中,竹秆的生物量比例最大,占72.7%,其次为竹枝(15.9)和竹叶(11.4%);秆形特征主要分析了胸径、秆高、秆质量、尖削度和竹壁厚等参数,其中,车筒竹全高(y/m)对胸径(x/cm)拟合的直线方程为y=1.345 6x+1.706 8(R2=0.954 6,P=0.000 0)。与毛竹相比,在胸径小于8 cm时,车筒竹全高比毛竹略小,而随着胸径的增大,全高逐渐大于毛竹;车筒竹秆鲜质量(y/kg)对胸径(x/cm)拟合的幂函数曲线为y=0.138 2x2.4812(R2=0.975 5,P=0.002 2),大于相同胸径下的毛竹秆质量;从秆径和壁厚在竹秆纵向部位的变化看,车筒竹尖削度小于毛竹,而壁厚变化则相对较快。综合分析来看,车筒竹作为竹板材原料竹种具有较大的开发前景。

车筒竹主要解剖特征的研究

采用显微图像分析方法,对车筒竹(Bambusa sinospinosa)主要解剖特征进行了研究。结果表明,车筒竹薄壁细胞、纤维、导管和筛管比量分别为65.7%、29.3%、4.6%和1.4%。纤维直径、双壁厚、腔径和长度分别为20.999、6.186、14.868μm和1 686.100μm,纤维长宽比、壁腔比和腔径比分别为80.509、0.416和0.708。维管束径向直径和弦向直径分别为710.170μm和742.44μm,维管束密度为1.056个·mm-2。

车筒竹·箣竹和越南巨竹的力学性质研究

[目的]研究大型丛生竹种车筒竹(Bambusa sinospinosa McClure)、车箣竹(Bambusa blumeana Schult.f.)和越南巨竹(Dendrocala-mus yunnanicus Hsueh)竹材的各力学性质。[方法]选取3年生车筒竹、箣竹和越南巨竹各5株,按照国家标准要求制作各力学强度试件,测定物理力学性质,并与传统材用竹种毛竹为参比进行分析。[结果]车筒竹、箣竹和越南巨竹的顺纹抗拉强度分别达到297.3、279.2、265.0MPa,均比毛竹材的相应强度大,顺纹抗压、顺纹抗剪、抗弯强度和抗弯弹性模量比毛竹材的相应值略小。3种丛生竹的力学强度与竹竿部位有关,从基部至梢部,各力学强度均呈现逐渐上升的趋势。[结论]从力学性能上看,可考虑将车筒竹、箣竹和越南巨竹3种丛生竹种用作竹板材原料。

车筒竹、箣竹和越南巨竹竹材的主要物理性质研究

以传统材用竹毛竹为对照,研究了大型丛生竹种车筒竹、箣竹和越南巨竹竹材的物理性质。结果表明,3种丛生竹竹材的基本密度分别为0.606、0.595g·cm-3和0.741g·cm-3,其中车筒竹和箣竹比毛竹材的密度(0.765g·cm-3)小,而越南巨竹与毛竹差异不大;从竹材干缩性来看,车筒竹、箣竹和越南巨竹的气干体积干缩率分别为7.5%、6.9%和6.5%,均比毛竹的相应值要大。3个竹种竹材的物理性能随竹秆部位不同而有差异,从秆基部到梢部,密度呈现逐渐上升的趋势,而干缩性变化规律不明显。

车筒竹不同育苗方法比较研究

研究比较了大型丛生竹种车筒竹带蔸埋秆、埋单节、埋双节和主枝扦插法的育苗效果,通过分析4种育苗方法的出苗率、成竹率和成竹质量等指标,认为,埋双节法效果最好,出苗后基本全部成竹,成竹率达97.9%,育苗1年后新竹平均竹高达2.0 m,平均地径1.48 cm。另外3种方法,各有优劣,带蔸埋秆法尤其是母竹基部的成竹质量较好;主枝扦插法材料丰富、费用低,通过条件控制提高其成竹率,亦有较大开发潜力。

广西产四种竹材的比较解剖研究

本文利用光学显微镜及计算机图像分析系统研究了广西产４种竹材马蹄竹、撑篙竹、车简竹、越南巨竹的解剖性质，其中包括表皮层、副表皮层、皮层、维管束、纤维、基本薄壁组织以及髓环等组织的结构特征。结果表明：４种竹秆的表皮细胞均为一层，副表皮细胞１－２层，竹秆横切面上维管束在单位面积内的数目以撑篙竹最多，平均为４．０８个／ｍｍ２，车简竹最少为２．０１个／ｍｍ２。导管直径由竹秆壁外侧向内逐渐增大，导管长度以竹秆壁中部最大，导管壁厚由竹秆壁外侧向内逐渐增大。纤维平均长度以越南巨竹最长，平均为 ２． ７２ｍｍ；纤维直径和壁厚最大，分别是撑篙竹（平均为１５．６８μｍ）和马蹄竹（平均为６．７２μｍ）。竹秆壁中输导组织所占比例以中部最多，如撑篙竹高达１２．１％；纤维组织在竹秆壁外侧最多，撑篙竹为６４．３９％。薄壁组织则以竹秆壁的中部和内侧较多，其中越南巨竹的薄壁组织以中部和内侧最多，分别占５９．７％和７４．７％，撑篙竹髓环细胞不特化为石细胞，马蹄竹髓环特化不明显，其余两种髓环细胞则高度特化。上述４种竹材的解剖特征与其物理机械特性及加工性质等均有密切关系，可为其开发利用提供重要依据。

车筒竹热解及其竹炭产品开发

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。

四种竹材维管束和薄壁组织的比较解剖研究

本文利用光学显微镜和康强图像分析系统研究了广西产四种竹材维管束和薄壁组织的特征.这些解剖特征与其物理机械性和机械加工性质有密切关系,为其开发利用提供重要依据.

刺竹炭灰分含量影响因素及表征研究

为了更好地应用刺竹炭,开发高附加值产品,对刺竹灰分、微观形貌等进行研究。笔者以刺竹作为原料,采用单因素实验法研究刺竹不同的立地条件、竹龄、部位、炭化工艺等对刺竹炭灰分的影响,并通过傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、电镜(SEM)、比表面积及孔隙结构测试(BET)、元素分析(ICP)等研究刺竹和刺竹炭官能团、微观结构及元素含量变化情况,结果表明:(1)最低灰分条件为阴坡下坡3 a基部刺竹,炭化工艺为5℃·min^(-1)升温速率下炭化温度500℃、炭化时间2 h,灰分含量为4.36%;最高灰分条件为阳坡上坡5 a梢部刺竹,炭化工艺为5℃·min^(-1)升温速率下炭化温度1 000℃、炭化时间4 h,灰分含量为8.80%。刺竹灰分含量阳坡略大于阴坡,上坡到下坡、梢部到基部灰分含量递减,随竹龄、炭化温度、时间增加灰分含量递增。(2)红外吸收光谱表明刺竹炭化后部分峰值变弱,不同条件刺竹炭化后峰值差异并不明显;元素分析结果表明不同条件刺竹元素含量相差较小,炭化后元素含量下降,随炭化温度升高元素含量略微降低。(3)炭化后刺竹炭形貌变得相对光滑平整,轮廓清晰;随着炭化温度升高,孔隙结构增加较明显,比表面积、总孔容、微孔容、孔容率都呈上升趋势,低灰分条件刺竹经炭化后的刺竹炭比表面积大于高灰分条件刺竹经炭化后的刺竹炭。