竹炭遠紅外比輻射率測試條件研究

林少波，郭小華，毛海波，翁益明

（浙江省遂昌縣林業(yè)局，浙江 遂昌 323300）

竹炭遠紅外比輻射率測試條件研究

林少波，郭小華，毛海波，翁益明

（浙江省遂昌縣林業(yè)局，浙江 遂昌 323300）

對不同含水量、不同粒徑和不同溫度的毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）竹炭進行遠紅外比輻射強度測試，結(jié)果表明：含水量和粒徑對竹炭遠紅外比輻射率強度測試有顯著影響，溫度對竹炭遠紅外比輻射率強度測試無顯著影響。在進行竹炭遠紅外比輻射率強度測試時，樣本含水量控制在5%以內(nèi)，粒徑大于100目。關(guān)鍵詞：竹炭；遠紅外；含水量；粒徑；溫度

現(xiàn)代醫(yī)學和物理學研究證實，波長5.60～15.00 μm的紅外線的頻率與生物細胞中水分子律動頻率相同，極易被人體吸收，從而由內(nèi)向外輻射熱能，活化組織細胞，達到保暖、促進新陳代謝、增加身體免疫力與治愈率，對于預防和治療關(guān)節(jié)炎、失眠等疾病有明顯作用，故又名“生命光線”[1]。竹炭是竹材高溫熱解的產(chǎn)物，竹材在熱解過程中形成了特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，形狀非常類似并接近于由五元環(huán)和六元環(huán)所組成的洋蔥狀富勒烯（C60）結(jié)構(gòu)，且在熱解過程中吸收和儲備的熱能使極性分子激發(fā)到更高的能級，在常溫下當它向下躍遷至較低能級時，就以發(fā)射電磁波的方式向外輻射釋放多余的能量[2]，和電氣石一同被認為是 2種遠紅外比輻射率較高的天然材料[3]。近年來，隨著民眾生活水平的不斷提高，對健康越來越重視，遠紅外保健產(chǎn)品將會有廣闊的市場前景和應(yīng)用價值[4～7]。但竹炭遠紅外輻射率測試精度和可靠性與很多因素有關(guān)，本文研究不同測試條件下竹炭的遠紅外比輻射率，得出合理的測試參數(shù)，確定一種有較好精度和可靠性竹炭遠紅外比輻射率測試方法，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

竹炭樣品取自浙江省遂昌縣，選用5年生毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）材，加工成一定的規(guī)格尺寸，放入磚土窯, 經(jīng)過干燥、預炭化、炭化、煅燒（精煉）和冷卻 5個階段，冷卻后出窯加工成一定的規(guī)格以備實驗用。生產(chǎn)整周期為15 d。

1.2 試驗方法

根據(jù)竹炭在運輸、貯藏及使用中具有易粹性、粒徑不均勻、吸附能力強、因空氣中濕度及放置時間不同含水量會發(fā)生變化等特性，試驗設(shè)計不同粒徑、不同含水量和不同溫度3種不同測試條件。

1.2.1 不同粒徑竹炭制備 將竹炭樣品粉碎，用標準篩過篩分別得到20～＜40、40～＜60、60～＜80、80～＜100、100～＜120、120～＜160、160～＜200、≥200目的不同粒徑竹炭樣品。

1.2.2 粒徑影響 分別取不同粒徑樣品10 g，用恒溫干燥箱經(jīng)105±2℃烘干至恒重，冷卻至常溫。然后將樣品平鋪于15 c m×15 c m鋁板上用干凈薄玻璃片壓實，用IR-2雙波段紅外發(fā)射率測試儀進行測定。各樣本分別測定10次，并計算平均值。

1.2.3 含水量影響 取6份10 g 100目樣品烘干，冷卻后分別加入蒸餾水0.00、0.50、0.80、1.20、1.50、2.00 mL，用研缽充分混合并研磨，經(jīng)測試樣品含水量分別為0.00%、4.37%、7.66%、11.22%、15.49%、18.90%。按1.2.2方法進行制樣測定。

1.2.4 溫度影響 將3份10 g 100目竹炭樣品烘干后，分別冷卻至18℃（常溫）、50℃、75℃后，按1.2.2方法進行制樣測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹炭粒徑對遠紅外比輻射率的影響

試驗所得20～200目的8種不同粒徑的竹炭遠紅外比輻射率見表1。

表1 不同粒徑的竹炭遠紅外比輻射率Table 1 Far-infrared radiance of carbon with different grain diameter

從表1可以看出，竹炭遠紅外比輻射率開始是隨著粒徑的變小而減少，但粒徑到100目以上后，竹炭遠紅外比輻射率趨于穩(wěn)定。方差分析結(jié)果顯示，20～＜100目各粒徑竹炭組間F值（211.56）＞F0.01(4，45)(3.77)，而100～200目組間F值（1.44）＜F0.05(3，36)(2.87)，說明100目以下不同粒徑的竹炭比輻射率差異極其顯著，但粒徑達到100目以上后，沒明顯差異。這是因為粒徑不同的樣品總輻射表面積不同，顆粒大的樣品，總輻射表面積大，輻射能力強[8-9]。

2.2 竹炭含水量對遠紅外比輻射率的影響

國家標準規(guī)定合格竹炭的含水率為12%[10]。6個水平的竹炭遠紅外比輻射率如表2。

表2 不同含水量竹炭的遠紅外比輻射率Table 2 Far-infrared radiance of carbon with different water content

從表2可以看出，竹炭含水量在7.66%以下時，竹炭的遠紅外比輻射率較為穩(wěn)定，但隨著含水量繼續(xù)上升，竹炭的遠紅外比輻射率隨之上升。方差分析結(jié)果顯示，不同含水量之間F值（770.23）＞F0.01(5，54)(3.38)，說明不同含水量的竹炭比輻射率差異極其顯著。原因是水分子在空間有n個運動自由度，因而有3n－5個振動自由度，每個自由度都有一種基本振動方式，當分子按這種方式振動時，所有的原子都同位相且有相同的振動頻率，即簡正振動，每個紅外活性的簡正振動都有一個特征頻率，即能夠發(fā)射紅外光譜。水分子發(fā)射紅外光譜的特性，使含水量高的樣本紅外線比輻射率增加[11]。

2.3 竹炭溫度對遠紅外比輻射率的影響

3種不同溫度的竹炭遠紅外比輻射率見表3。

表3 不同溫度的竹炭遠紅外比輻射率Table 3 Far-infrared radiance of carbon with different temperature

物質(zhì)的遠紅外比輻射率與溫度關(guān)系較為復雜，隨溫度升高，多數(shù)物質(zhì)遠紅外比輻射率的會降低[12]。但從表3可以看出，3種不同溫度竹炭樣本的遠紅外比輻射率變化極小。方差分析結(jié)果顯示，不同溫度之間F值（0.20）＜F0.05(2，27)(3.35)，無明顯差異，這表明18～75℃溫度對竹炭樣本的遠紅外比輻射率沒有影響，這可能與選擇的試驗溫度有關(guān)。在更大范圍內(nèi)，溫度可能會對樣本遠紅外比輻射率有關(guān)。因18～75℃范圍已滿足竹炭遠紅外比輻射率檢測要求，故本試驗不作進一步進行研究。

3 結(jié)論與建議

對不同粒徑、不同含水量、不同溫度竹炭的遠紅外比輻射率進行研究，結(jié)果表明，樣本的含水量和粒徑對竹炭遠紅外比輻射率有顯著影響，而溫度對竹炭遠紅外比輻射率測試基本沒影響。

為保證檢測精度，建議制定統(tǒng)一的、符合實際使用的竹炭遠紅外比輻射率檢測環(huán)境條件，將測試誤差控制在最小范圍內(nèi)。

根據(jù)試驗結(jié)果，建議在檢測竹炭遠紅外比輻射率強度時，將樣本烘干并粉碎、過篩，含水量控制在5%以內(nèi)，粒徑大于100目。

致謝：遂昌縣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所承擔竹炭樣本檢測和提供測試數(shù)據(jù)，謹表示感謝！

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Determination on Far-infrared Radiance of Bamboo Carbon under Different Condition

LIN Shao-bo，GUO Xiao-hua，MAO Hai-bo，WENG Yi-ming
(Suichang Forestry Bureau of Zhejiang, Suichang 323300, China)

Determinations were implemented on far-infrared radiance of bamboo (Phyllostachys heterocycla cv. pubescens) carbon with different water content, grain diameter and temperature. The result demonstrated that water content and grain diameter had evident effect on far-infrared radiance of carbon, but temperature had not. Suggestions were put f orwarded for better determination condition, water content ＜5%, g rain diameter＞100 meshes.

bamboo carbon; far-infrared; water content; grain diameter; temperature

S785；TQ351

：A

1001-3776（2016）03-0028-03

2015-12-25

：2016-03-19

國家級星火計劃項目“竹炭生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化(2010GB700155)

林少波（1968－），男，浙江遂昌人，從事林業(yè)技術(shù)研究與推廣。