竹炭生产工艺及吸湿机理的研究
|
摘要
本文以竹材热解的产物竹炭为研究对象，借助现代测试仪器，对当前竹炭的生产工艺、竹炭的理化性能及它们之间的关系研究分析，研究竹炭的吸湿率及理化性能之间的关系，总结了多孔固体的吸附行为，并对吸湿“滞后”现象进行了解释，揭示了竹炭的吸湿机理。为竹炭深加工产品的研究开发奠定了理论基础。通过试验数据的分析，得出下面结论：
① 目前，生产上主要使用两种类型的炭窑以及相应的生产工艺：砖砌窑生产工艺和机械炉生产工艺。可以看出机械炉相对砌窑特点如下几点：
1) 生产周期短。通常6-7天完成一个生产周期。
2) 产品质量好。炭化过程中温度分布均匀，产品的炭化和精炼度相对一致。
3) 得率高。生产竹屑棒炭的得率为30％。
4) 控制方便。可在炉体多个部位设置温度检测点，方便操作人员进行控制。
5) 机械炉的缺点是一次性投资较大，且需专人保养与维修。
② 竹炭的炭化终点温度对竹炭性能的影响是显著的。随着炭化终点温度的升高，竹炭的得率、电阻率、挥发分含量都有不同的降低，竹炭的灰分含量、固定碳含量及吸湿率等都有不同程度的增加。
③ 最终炭化温度为700℃、1000℃的两种竹炭吸湿效果最好，每1g这样的竹炭可以吸收0.13g克水蒸气，竹炭颗粒大小对竹炭吸湿量影响很少。随着温度的升高，竹炭的吸附能力逐渐降低。
④ 竹炭吸湿过程中存在“滞后”现象。且在相对湿度大约为65-85％的范围内“滞后”范围变化最大。
With the bamboo pyrolysis as object of study,The pyrolysis process, the physico-chemical properties of bamboo charcoal,and the relationship between the absorption rate and physico-chemical properties of bamboo charcoal were analyzed in modern analytical instruments. In this study ,the absorption of the solid which has many holes was concluded, the absorption lag was explained, and the absorption theory was attained. It could attribute to developing the products of bamboo charcoal. Based on the experiment variance analysis, we got results as follows: (1)at present, bamboo charcoal can be processed in the mechanical furnaces controlled by computers as well as in the traditional kilns. Mechanical furnace has several characteristics as follows:
Short production cycle it usually takes 6 to 7 day to produce a batch of briquette charcoal.
Good product quality - the pyrolyzing process of bamboo charcoal coheres with its refining process because of its consistent temperature during the carbonization.
High recovery ratio - the recovery ratio of bamboo briquette charcoal reaches 30%.
Easy to control - several measurement points in the furnace can be designed to inspect and control the temperature by operators.
The disadvantages are higher investment than brick kilns and it requires professional technicians to maintain and repair.
(2)the carbonization temperature significantly affected the bamboo charcoal's properties. The yield ,the resistivity, and the volatile matters content decreased as the carbonized temperature increased. While the fixed carbon content, absorption rate increased.
(3)Two kind of bamboo charcoal whose carbonization temperature are 700 C and 1000 C have the best absorbing ability. Each gram of bamboo charcoal like these can absorb 0.138 gram vapors. The size of bamboo charcoal particle has little influence on absorption. The ability of absorption can be decreased as the environment temperature increased.
(4) the phenomenon of absorbing lag is exist in the process of absorption.
① 目前，生产上主要使用两种类型的炭窑以及相应的生产工艺：砖砌窑生产工艺和机械炉生产工艺。可以看出机械炉相对砌窑特点如下几点：
1) 生产周期短。通常6-7天完成一个生产周期。
2) 产品质量好。炭化过程中温度分布均匀，产品的炭化和精炼度相对一致。
3) 得率高。生产竹屑棒炭的得率为30％。
4) 控制方便。可在炉体多个部位设置温度检测点，方便操作人员进行控制。
5) 机械炉的缺点是一次性投资较大，且需专人保养与维修。
② 竹炭的炭化终点温度对竹炭性能的影响是显著的。随着炭化终点温度的升高，竹炭的得率、电阻率、挥发分含量都有不同的降低，竹炭的灰分含量、固定碳含量及吸湿率等都有不同程度的增加。
③ 最终炭化温度为700℃、1000℃的两种竹炭吸湿效果最好，每1g这样的竹炭可以吸收0.13g克水蒸气，竹炭颗粒大小对竹炭吸湿量影响很少。随着温度的升高，竹炭的吸附能力逐渐降低。
④ 竹炭吸湿过程中存在“滞后”现象。且在相对湿度大约为65-85％的范围内“滞后”范围变化最大。
With the bamboo pyrolysis as object of study,The pyrolysis process, the physico-chemical properties of bamboo charcoal,and the relationship between the absorption rate and physico-chemical properties of bamboo charcoal were analyzed in modern analytical instruments. In this study ,the absorption of the solid which has many holes was concluded, the absorption lag was explained, and the absorption theory was attained. It could attribute to developing the products of bamboo charcoal. Based on the experiment variance analysis, we got results as follows: (1)at present, bamboo charcoal can be processed in the mechanical furnaces controlled by computers as well as in the traditional kilns. Mechanical furnace has several characteristics as follows:
Short production cycle it usually takes 6 to 7 day to produce a batch of briquette charcoal.
Good product quality - the pyrolyzing process of bamboo charcoal coheres with its refining process because of its consistent temperature during the carbonization.
High recovery ratio - the recovery ratio of bamboo briquette charcoal reaches 30%.
Easy to control - several measurement points in the furnace can be designed to inspect and control the temperature by operators.
The disadvantages are higher investment than brick kilns and it requires professional technicians to maintain and repair.
(2)the carbonization temperature significantly affected the bamboo charcoal's properties. The yield ,the resistivity, and the volatile matters content decreased as the carbonized temperature increased. While the fixed carbon content, absorption rate increased.
(3)Two kind of bamboo charcoal whose carbonization temperature are 700 C and 1000 C have the best absorbing ability. Each gram of bamboo charcoal like these can absorb 0.138 gram vapors. The size of bamboo charcoal particle has little influence on absorption. The ability of absorption can be decreased as the environment temperature increased.
(4) the phenomenon of absorbing lag is exist in the process of absorption.
引文
1 重视竹材化学利用，开发竹炭应用技术[刊，中]/张齐生(南京林业大学)//竹子研究汇刊(浙江)．—2001，20(3)．—34～35
2 木材学 徐永吉
3 利用竹子的新进展：供制造竹炭用的碳化窑与工艺过程[刊，英]/Park Sang Bum…//FPA．—1999，22(6)．—2526
4 产品说明书．高温干馏装置．日本三美株式会社，1995
5 渡部爋．竹炭、竹酸液生产贩壳．日本三美株式会社，1995
6 竹炭制造技术基础研究(Ⅰ)前处理的烟熏热处理效果[会，日]/野春隆哉//第48回日本木材学大会研究发表要旨集：1998．4．—静冈：日本木材学会．—497
7 日本竹材热解研究的现状[刊，中]/胡福昌(浙江林业科学研究院)，陈顺伟//林业科技开发(江苏)．—2001，15(3)．—8～11
8 圭司．导电性竹炭材制造方法．公开特许公报，平10—244619
9 孝善，松永一彦，等．竹炭电气的物性电磁波效果関研究：日本科学技术文献速报：J00024559
10 利用丰富的竹资源开发除臭剂[刊，日]/高知吾川村森林组合//特产情报．—1995，(3)．—29～31
11 开发竹炭新用途[刊，中]/吉田敏八//特产情报．—1995，(4)—37～39
12 供净化水用的竹炭陶瓷：日公开特许，平9—27—1759[专，日]/Ishida Shigemi．1997．10．21．2页
13 生产导电性竹子炭薄板的方法：日公开特许，平10—244619[专，日]/Iwata Keishi．—1998．9．14．—5页
14 用竹炭生产非亚铁金属型的电导性粉末：日公开特许，平—10—251620[专，日]/Iwata Keiji．—1998．9．22．—5页
15 供电磁波屏用的含竹炭的电导性涂料：日公开特许，平10—251562[专，日]/Iwata Keishi．—1998．9．22．—5页
16 用炭化竹子生产含碳陶瓷的方法：日公开特许，平10—194858[专，日]/Sekiya Takuro．—1998．7．28．—8页
17 竹类活性炭的调制[刊，日]/细川键次(京都府立大学)，山口克//竹类杂志(日本)．—1988，(6)．—67～72
18 竹子活性炭的表面构造[刊，日]/细川键次，山口克(京都府立大学生活科学应用化学讲座)//竹类杂志(日本)．—1987，(4)．—217～224
19 用竹子、椰子壳和木材废料制造活性炭及其作为吸附剂净化油[刊，英]/NurhayatiT．…//FPA．—1998，21(2)．—832
20 用竹子生产活性炭过程中的液体制备抗菌纤维织品和纸制品：日公开特许，平9—176965[专，日]/Hasegawa．Kigohide…．—1997．7．8．—3页
21 张文标等 竹炭生产和应用 竹子研究汇刊 2001，20(2)：49～53
22 张齐生 中国竹类资源的有效利用及展望，2001年国际竹炭竹醋液学术研讨会论文集
23 姜树海译 竹炭竹醋液．南京林业大学竹材工程研究中心．
24 张文标 竹炭．竹醋液的研究 博士论文
25 左宋林 毛竹竹材炭化机理的研究 博士论文
26 黄律先．1996，木材热解工艺学，中国林业出版社，北京
27 冯孝庭 (吸附分离技术》，化学工业出版社(2000)
28 罗曦芸 调湿材料的开发 化工新型材料 1997．25(3)：9-12
29 牛智有．宗力 油菜籽解吸和吸湿平衡水分及其装置的研究 农机化研究 1998，8(3)：32-34
30 冉茂宇，曹学功 周期性热湿作用下多孔吸湿体吸解湿性能的实验研究 西安建筑科技大学学报 2001，33(4)：312-315
31 张建春等 Lyocell纤维的吸湿性能研究 上海纺织科技—测试分析 2001，29(8)：54-55
32 罗曦芸 迎头色谱法在评价调湿剂性能上的应用 文物保护和考古科学 1996(2)：29-30
33 张家年，王庆松 含水量和环境条件对稻谷吸湿产生裂纹的影响 粮食与饲料工业 1999(12)
34 孙军 《热王理论基础》，中国林业出版社 (1995)
35 [美]A．W．亚当森 《表面的物理化学》，科学出版社 (1985)
36 南京大学化学系 《物理化学词典》，科学出版社 (1988)
37 [美]S．Roy Morrison 《表面物理化学》，北京大学出版社 (1983)
38 赵振国 《界面化学基础》，化学工业出版社 (1996)
39 吴均联 《表面物理化学原理与应用》，江苏教育出版社 (1991)
40 丁莹如 《固体表面化学》，上海科技技术出版社 (1988)
41 朱良漪 《分析仪器手册》，化学工业出版社 (2000)
2 木材学 徐永吉
3 利用竹子的新进展：供制造竹炭用的碳化窑与工艺过程[刊，英]/Park Sang Bum…//FPA．—1999，22(6)．—2526
4 产品说明书．高温干馏装置．日本三美株式会社，1995
5 渡部爋．竹炭、竹酸液生产贩壳．日本三美株式会社，1995
6 竹炭制造技术基础研究(Ⅰ)前处理的烟熏热处理效果[会，日]/野春隆哉//第48回日本木材学大会研究发表要旨集：1998．4．—静冈：日本木材学会．—497
7 日本竹材热解研究的现状[刊，中]/胡福昌(浙江林业科学研究院)，陈顺伟//林业科技开发(江苏)．—2001，15(3)．—8～11
8 圭司．导电性竹炭材制造方法．公开特许公报，平10—244619
9 孝善，松永一彦，等．竹炭电气的物性电磁波效果関研究：日本科学技术文献速报：J00024559
10 利用丰富的竹资源开发除臭剂[刊，日]/高知吾川村森林组合//特产情报．—1995，(3)．—29～31
11 开发竹炭新用途[刊，中]/吉田敏八//特产情报．—1995，(4)—37～39
12 供净化水用的竹炭陶瓷：日公开特许，平9—27—1759[专，日]/Ishida Shigemi．1997．10．21．2页
13 生产导电性竹子炭薄板的方法：日公开特许，平10—244619[专，日]/Iwata Keishi．—1998．9．14．—5页
14 用竹炭生产非亚铁金属型的电导性粉末：日公开特许，平—10—251620[专，日]/Iwata Keiji．—1998．9．22．—5页
15 供电磁波屏用的含竹炭的电导性涂料：日公开特许，平10—251562[专，日]/Iwata Keishi．—1998．9．22．—5页
16 用炭化竹子生产含碳陶瓷的方法：日公开特许，平10—194858[专，日]/Sekiya Takuro．—1998．7．28．—8页
17 竹类活性炭的调制[刊，日]/细川键次(京都府立大学)，山口克//竹类杂志(日本)．—1988，(6)．—67～72
18 竹子活性炭的表面构造[刊，日]/细川键次，山口克(京都府立大学生活科学应用化学讲座)//竹类杂志(日本)．—1987，(4)．—217～224
19 用竹子、椰子壳和木材废料制造活性炭及其作为吸附剂净化油[刊，英]/NurhayatiT．…//FPA．—1998，21(2)．—832
20 用竹子生产活性炭过程中的液体制备抗菌纤维织品和纸制品：日公开特许，平9—176965[专，日]/Hasegawa．Kigohide…．—1997．7．8．—3页
21 张文标等 竹炭生产和应用 竹子研究汇刊 2001，20(2)：49～53
22 张齐生 中国竹类资源的有效利用及展望，2001年国际竹炭竹醋液学术研讨会论文集
23 姜树海译 竹炭竹醋液．南京林业大学竹材工程研究中心．
24 张文标 竹炭．竹醋液的研究 博士论文
25 左宋林 毛竹竹材炭化机理的研究 博士论文
26 黄律先．1996，木材热解工艺学，中国林业出版社，北京
27 冯孝庭 (吸附分离技术》，化学工业出版社(2000)
28 罗曦芸 调湿材料的开发 化工新型材料 1997．25(3)：9-12
29 牛智有．宗力 油菜籽解吸和吸湿平衡水分及其装置的研究 农机化研究 1998，8(3)：32-34
30 冉茂宇，曹学功 周期性热湿作用下多孔吸湿体吸解湿性能的实验研究 西安建筑科技大学学报 2001，33(4)：312-315
31 张建春等 Lyocell纤维的吸湿性能研究 上海纺织科技—测试分析 2001，29(8)：54-55
32 罗曦芸 迎头色谱法在评价调湿剂性能上的应用 文物保护和考古科学 1996(2)：29-30
33 张家年，王庆松 含水量和环境条件对稻谷吸湿产生裂纹的影响 粮食与饲料工业 1999(12)
34 孙军 《热王理论基础》，中国林业出版社 (1995)
35 [美]A．W．亚当森 《表面的物理化学》，科学出版社 (1985)
36 南京大学化学系 《物理化学词典》，科学出版社 (1988)
37 [美]S．Roy Morrison 《表面物理化学》，北京大学出版社 (1983)
38 赵振国 《界面化学基础》，化学工业出版社 (1996)
39 吴均联 《表面物理化学原理与应用》，江苏教育出版社 (1991)
40 丁莹如 《固体表面化学》，上海科技技术出版社 (1988)
41 朱良漪 《分析仪器手册》，化学工业出版社 (2000)