炭与活性炭的综合利用.docVIP

炭和活性炭的综合利用 炭和活性炭的综合利用 将纤维原料在隔绝空气的条件下，加热分解可获得多种产品，其固体产品为木炭和活性炭。生产炭和活性炭是重要的森林资源综合利用的手段。在提倡环境保护的今天，其作用越来越重要。 1.炭 1.1制炭的原料 制炭的原料可用薪炭材和森林采伐和加工剩余物。为了制取硬质炭，多选用阔叶树材，以硬而重且彻底气干者为佳，心材比边材好，干材比废材好，单宁、树脂含量宜少。常用的树种有栎、柞、水青冈、槲类、洋槐、榉、榆、槠、槭、赤杨、桦木等。其中以麻栎属中的高山栎和乌冈栎为优。此外木屑、树皮、枝桠、梢头、刨花等废料，及山核桃、核桃、油桐和油茶的果壳等均可做原料制炭。 1.2制炭的原理 木材及纤维原料炭化的基本条件有两个:一是隔绝空气，二是要加热。其热解一般经过干燥、预炭化、炭化、锻烧四个阶段。木材受热分解时，氧和氢元素以及部分的碳以水和其它化合物的形式馏出，随着温度的升高，残留物中氧和氢元素比例越来越小，而碳元素的比例逐渐增加，最后残留物中碳元素占了大多数，形成了炭。木炭中碳元素的含量可超过90%，而这些剩余的碳，只有原料中碳含量的50%。制炭的方法有传统的筑窑烧炭法和现代的炉中烧炭法。 1.3炭的性质 炭的外表颜色与热解时的温度有关，烧制温度为250℃时，其表面呈褐色;烧制温度为300~450℃时，其表面呈黑色;当烧制温度达700℃以上时，其表面不但显黑色，而且有黑色光泽，敲打时，发出响亮的金属响声。 炭的机械强度沿纵向较高，径向较低，而弦向最低。当烧制的闭火温度相同时，木炭的强度随烧制时间的增加而增强。 炭的密度一般在0.35~0.5g/cm3之间。它会随原料的质量，品种，烧制时的闭火温度和温度的上升速度的不同而有所不同。一般说来，用密度大的硬木烧制的木炭，其密度也大。 炭有较大的比表面和较强的吸附能力，炭的表面积可达500m2/g。 炭具有可燃性，在空气中完全燃烧，可放出热量，生成CO2，不完全燃烧可放出CO。白炭发热量约为3.27×107J/kg，黑炭发热量约为2.72×107J/kg，炭化温度越高，木炭含炭量越大，发热量也高。 炭的导电性，当闭火温度超过700℃时，烧制的炭原子发生了结构性变化，它产生了部分象石墨原子的六角形环平面层结构，故具有导电性;当炭化温度低于600℃时，木炭不具有导电性。炭具有还原性，可作还原剂。 1.4炭的用途 炭的用途主要有以下几个方面。 1.4.1用作能源 炭含挥发物质很少，在燃烧时发热量远远高于木材，并且烟味很少，没有明显的火焰，使用方便，因此广泛地作为燃料使用。日本作为家庭用燃料的炭占总耗量的70%，旅馆饮食业占15%，工业占10%，农业5%。我国许多地方炭主要用于冬季取暖和饮食业。 世界一些国家用炭烧烤食物盛行，而且用量越来越大。 1.4.2制造活性炭 炭的密度很小，孔隙度为75%左右(孔隙度为炭中孔隙的容积占炭总体积的百分比)，因此炭经再加工后孔隙增多，形成比表面积很大、吸附性很强的活性炭。 1.4.3制造二硫化碳 炭是制造二硫化碳的好原料。制造二硫化碳要求使用由阔叶树材烧制而成坚硬、密度大、灰分和水分少、碳素含量高的优质木炭。 工业上生产二硫化碳是在反应温度800-900℃，将硫磺蒸汽通过高温木炭层而制成的。 二硫化硫是良好的溶剂，它能溶解磷、硫、碘、生橡胶，各种油脂和树脂类物质，被广泛地应用于人造丝，四氯化碳和染料工业的生产中，也大量地用来防治各种虫害。 1.4.4治金工业 黑色治金工业以木炭作为还原剂和燃料，用来冶炼铁矿石。用木炭冶炼的生铁较焦炭熔炼的生铁具有铸件紧密、没有裂纹等特点，此外用木炭生产的生铁，磷硫等杂质少，适用于生产优质钢。 木炭在铜及铜合金、铝合金、硅合金、铍青铜合金等生产中广泛地用作表面助熔剂。生产结晶硅也要使用木炭。生产结晶硅时电炉中需加入石英岩、木炭、石油焦炭。在高达2000℃的温度下，二氧化硅和一氧化硅同木炭反应生成硅。 1.4.5农业生产 木炭能促进草、树木、农作物、禾苗等植物的生长。我国闽北山区曾在这方面进行尝试，在烧过炭的旧址种植杉木长势都比较好，如果种植农作物则可三年免施肥料而不影响收成。在海岸砂地植黑松，因风吹、沙摩、盐害、干旱、土质恶劣等原因，苗木死亡较多，当在造林穴内施锯屑炭，树木成活得很好，半年后砂中即有松露菌繁殖，三年后针叶浓绿，地被繁茂。如在碳中补入磷肥，树木长势更好。在大豆田每平方米放置木炭粉500~1500g，使之持肥，量为1%，可以使肥料的效果提高39倍。还有把木炭用于草莓、西红柿、香瓜的种植，产品甜味增加，外皮较硬，减少了在运输中的损失。在高尔夫球场撒上炭粉，草坪早发2~3周，而且绿色浓、根扎得好，使绿色延长一个月。 1.4.6医药用途 炭的吸附性能，在医学上也被广泛利用。李时珍《本草纲目》中记载:石炭、白炭