氯化鋅活化制備澳洲堅(jiān)果殼活性炭試驗(yàn)

郭剛軍，馬尚玄，胡小靜，付鎵榕，許文龍，黃克昌，鄒建云

(1.云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南 666100；2.文山學(xué)院化學(xué)與工程學(xué)院，云南 663000)

活性炭(activated carbon,AC)是一種多孔碳質(zhì)材料，比表面積大、孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸附性能強(qiáng)、可回收利用，在食品、醫(yī)藥、化學(xué)工程以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-2]。農(nóng)林副產(chǎn)物(如稻殼、果殼、木屑等)的主要成分為纖維素或者木質(zhì)素，其固定碳和揮發(fā)物含量較高而灰分含量較低，且來源廣泛、價(jià)格低廉、可再生能力強(qiáng)，是適于制備活性炭的主要原料[3-4]。隨著活性炭產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深入，以農(nóng)林廢棄資源作為原料制備活性炭吸附劑已成為當(dāng)下研究和開發(fā)的熱點(diǎn)[5]。

澳洲堅(jiān)果(Macadamiaspp.)，又稱夏威夷果，原產(chǎn)于澳大利亞昆士蘭東南部和新西蘭威爾士東北部的亞熱帶森林，其可食用部分為果仁，常被用作高級(jí)食品原輔料[6]。據(jù)云南省堅(jiān)果行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)：2017年我國(guó)澳洲堅(jiān)果種植面積約為19萬hm2，占世界種植面積總量的62%，位居世界第一。澳洲堅(jiān)果殼是果仁產(chǎn)品加工后的副產(chǎn)物，質(zhì)量占全果的60%～75%，主要由纖維素和酸不溶木質(zhì)素組成，是可再生的富碳資源[7]，其質(zhì)地堅(jiān)硬，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，且自然含碳量高、灰分低，具有優(yōu)質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)，利于形成孔隙結(jié)構(gòu)，是制備活性炭的良好原料[8]。氯化鋅活化法制備的活性炭具有產(chǎn)率與比表面積高、過渡孔發(fā)達(dá)、價(jià)廉易得等優(yōu)點(diǎn)[9]。Dolas等[10]以開心果殼為原料制備了活性炭，分析了氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)、活化時(shí)間、活化溫度等因素對(duì)活性炭的比表面積與孔徑結(jié)構(gòu)的影響。劉曉紅等[11]采用馬弗爐加熱法制備了核桃果皮基活性炭，測(cè)定了不同實(shí)驗(yàn)條件下活性炭的得率、比表面積和碘吸附值。盧辛成等[2]采用正交試驗(yàn)方法探討了制備杉木屑活性炭的條件，研究了氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)、浸漬比、活化溫度和活化時(shí)間對(duì)其亞甲基藍(lán)與碘吸附值的影響。而以澳洲堅(jiān)果殼為原料，采用氯化鋅活化法制備活性炭工藝優(yōu)化及其結(jié)構(gòu)表征的研究還鮮見報(bào)道。

筆者以活性炭得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值為考察指標(biāo)，通過單因素和正交試驗(yàn)法確定了氯化鋅活化法制備澳洲堅(jiān)果殼活性炭的最適宜的工藝條件，并對(duì)所制備活性炭的表面官能團(tuán)與孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期為開發(fā)和綜合利用澳洲堅(jiān)果殼資源提供一定的技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)原料為澳洲堅(jiān)果殼，取自西雙版納云墾澳洲堅(jiān)果科技開發(fā)有限公司，其元素分析(干基)結(jié)果為C質(zhì)量分?jǐn)?shù)(50.24±0.32)%、H質(zhì)量分?jǐn)?shù)(7.06±1.08)%、O質(zhì)量分?jǐn)?shù)(39.92±0.40)%和N質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.28±0.03)%；灰分(干基)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1.02±0.06)%。椰殼活性炭對(duì)照品(CAS:64365-11-3)，購(gòu)自山東西亞化學(xué)工業(yè)有限公司。氯化鋅、碘、硫代硫酸鈉、重鉻酸鉀、碘化鉀、亞甲基藍(lán)、淀粉、鹽酸、硫酸、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉等試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器

萬能粉碎機(jī)，上海比朗儀器有限公司；KSW-4D11型馬福爐，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；BGZ-70型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；Titrette型數(shù)字顯示滴定器，普蘭德(上海)貿(mào)易有限公司；ME4002E型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；DL Ⅲ型智能顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀，大連鵬輝科技開發(fā)有限公司；Vario EL Ⅲ型元素分析儀，德國(guó)Elementar公司；Nicolet iS 10型傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)，美國(guó)Thermo Fisher公司；X射線光電子能譜儀(XPS)，美國(guó)Thermo Fisher公司；V-Sorb2800型比表面積及孔徑分析儀，北京金埃譜科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備工藝流程

澳洲堅(jiān)果殼經(jīng)洗滌后于105 ℃下干燥12 h，粉碎后過60目(孔徑0.250 mm)篩。取一定質(zhì)量的澳洲堅(jiān)果殼粉與氯化鋅溶液混合并攪拌均勻、浸漬，然后放入高溫馬弗爐中活化；反應(yīng)結(jié)束后將樣品先用0.1 mol/L的鹽酸清洗，再用蒸餾水洗滌至中性；置于105 ℃干燥箱中干燥24 h，冷卻、研磨、過200目(孔徑0.075 mm)篩，制得澳洲堅(jiān)果殼活性炭樣品，備用。

1.3.2 澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備工藝優(yōu)化

使用氯化鋅為活化劑，采用單因素試驗(yàn)方法對(duì)比了活化時(shí)間(1，2，3，4 和5 h)、浸漬比(g∶mL，1∶3，1∶4，1∶5，1∶6和1∶7)、活化溫度(400，500，600，700和800 ℃)、氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)(30%，40%，50%，60%和70%)、浸漬時(shí)間(16，18，20，22和24 h)對(duì)澳洲堅(jiān)果殼活性炭的得率、亞甲基藍(lán)吸附值與碘吸附值的影響，以確定每個(gè)因素的最優(yōu)水平。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定因素水平，以活性炭得率、亞甲基藍(lán)吸附值與碘吸附值為考察指標(biāo)，采取L16(45)正交試驗(yàn)表確定最優(yōu)制備工藝組合。

1.3.3 指標(biāo)分析方法

澳洲堅(jiān)果殼原料的C、H、O、N含量采用元素分析儀測(cè)定；所制備活性炭的亞甲基藍(lán)吸附值按照GB/T 12496.10—1999《木質(zhì)活性炭檢驗(yàn)方法 亞甲基藍(lán)吸附值的測(cè)定》檢測(cè)；碘吸附值按照GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭檢驗(yàn)方法 碘吸附值的測(cè)定》檢測(cè)；水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB/T 6284—2006《化工產(chǎn)品中水分測(cè)定的通用方法》檢測(cè)；灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB 5009.4—2016《食品中灰分的測(cè)定》檢測(cè)；強(qiáng)度按照GB/T 12496.6—1999《木質(zhì)活性炭檢驗(yàn)方法 強(qiáng)度的測(cè)定》檢測(cè)。

1.3.4 澳洲堅(jiān)果殼活性炭結(jié)構(gòu)表征

1)紅外吸收光譜(IR)與X射線光電子能譜(XPS)的測(cè)定：IR測(cè)定采用溴化鉀壓片法對(duì)活性炭表面基團(tuán)進(jìn)行分析，測(cè)試條件為掃描累加次數(shù)16次，掃描范圍為400～4 000 cm-1；XPS測(cè)定使用Al Kα作為輻射源，檢測(cè)活性炭的氧、碳元素。

2)比表面積測(cè)定[12]：采用比表面積及孔徑分析儀測(cè)定樣品的比表面積及孔徑，其總孔容由相對(duì)壓力為0.99時(shí)的氮吸附量計(jì)算為液氮體積得到。采用Brunauer-Emmett-Teller(BET)多點(diǎn)法計(jì)算其比表面積，Bavrett-Joyner-Halenda(BJH)法和Saito-Foley(SF)法計(jì)算孔體積及孔徑參數(shù)，t-Plot 法計(jì)算微孔和中孔孔容。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.2軟件處理，應(yīng)用Duncan’s法進(jìn)行顯著性分析，以P<0.05為顯著性差異。所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行了3次重復(fù)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備工藝單因素試驗(yàn)分析

2.1.1 活化時(shí)間對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響

活化時(shí)間對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響見圖1。隨著活化時(shí)間的延長(zhǎng)，澳洲堅(jiān)果殼活性炭的得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值逐漸增加。當(dāng)時(shí)間增加至2 h時(shí)，活性炭得率與碘吸附值達(dá)到最大值，分別為43.70%與1 752 mg/g，與其他時(shí)間相比存在顯著性差異(P<0.05)；當(dāng)時(shí)間增加至3 h時(shí)，亞甲基藍(lán)吸附值達(dá)到最大值，為374 mg/g，與其他時(shí)間存在顯著性差異(P<0.05)，而碘吸附值與時(shí)間2 h則無顯著性差異(P>0.05)；隨著活化時(shí)間繼續(xù)增加，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈下降趨勢(shì)。這是由于在活化反應(yīng)的開始階段，活化劑氯化鋅除去了炭化后留在空隙中的焦油和無規(guī)則碳等物質(zhì)，暴露出了通過碳原子組合形成的微晶結(jié)構(gòu)的空隙，使其比表面積增大。隨著活化劑繼續(xù)作用，空隙被不斷加寬，導(dǎo)致亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值降低，并且得率也降低[13]。綜合考慮，活化時(shí)間選擇3 h較為適宜。

注：同一指標(biāo)間字母不同表示差異顯著(P<0.05)。下同。圖1 活化時(shí)間對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響Fig. 1 Effect of activation time on the yield and the adsorption capacity of the activated carbon

2.1.2 浸漬比對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響

浸漬比對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響見圖2。隨著浸漬比的增大，澳洲堅(jiān)果殼活性炭的得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值逐漸增加。當(dāng)浸漬比增加到1∶5時(shí)，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值達(dá)到最大值，分別為44.90%、368 mg/g與1 848 mg/g，與其他浸漬比存在顯著性差異(P<0.05)。隨著浸漬比的繼續(xù)加大，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈下降趨勢(shì)。這可能是由于隨著浸漬比的加大，越來越多的鋅離子伴隨著溶液進(jìn)入纖維孔中，形成更多的孔結(jié)構(gòu)。浸漬比繼續(xù)加大，活化反應(yīng)更為劇烈，形成的微孔或中孔被刻蝕成大孔，導(dǎo)致亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值與得率都有所降低[14]。因此，浸漬比選擇1∶5較為適宜。

圖2 浸漬比對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響Fig. 2 Effect of impregnation ratio on the yield and the adsorption capacity of the activated carbon

2.1.3 活化溫度對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響

活化溫度對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響見圖3。隨著活化溫度的升高，澳洲堅(jiān)果殼活性炭的得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值逐漸增加，當(dāng)溫度增加至500 ℃時(shí)，得率達(dá)到最大值，為50.01%，與其他溫度存在顯著性差異(P<0.05)。當(dāng)溫度增加至600 ℃時(shí)，亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值達(dá)到最大值，分別為347和1 706 mg/g，與其他溫度存在顯著性差異(P<0.05)。隨著活化溫度的繼續(xù)升高，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樵诘蜏囟榷畏秶鷥?nèi)，升高活化溫度，有助于氯化鋅的造孔。但活化溫度過高時(shí)，由于碳結(jié)構(gòu)過度燒蝕，部分澳洲堅(jiān)果殼會(huì)被直接燒成灰分，使孔徑結(jié)構(gòu)破壞較為嚴(yán)重，空隙會(huì)變大，導(dǎo)致亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值降低，并且得率也降低[15]。綜合考慮，活化溫度選擇600 ℃較為適宜。

圖3 活化溫度對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響Fig. 3 Effect of activation temperature on the yield and the adsorption capacity of the activated carbon

2.1.4 氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響

氯化鋅作為活性炭常用的活化劑，高溫下具有催化脫水作用，在炭化時(shí)能起骨架作用，用其制備的活性炭一般具有較豐富的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)以及較高的比表面積[8]。隨著氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，澳洲堅(jiān)果殼活性炭的得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值逐漸增加，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到50%時(shí)，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值達(dá)到最大值，分別為49.30%、382 mg/g和1 792 mg/g，與其他氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)下存在顯著性差異(P<0.05)。隨著氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)榇罅康穆然\包圍在澳洲堅(jiān)果殼粉表面，不利于氫、氧的釋放，從而減少了吸附能力。另一方面，過量的金屬離子使溫度升高，炭被嚴(yán)重?zé)?，微孔或中孔被破壞，部分轉(zhuǎn)化為大孔，使其亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值與得率都有所下降[16]。因此氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇50%較為適宜。

圖4 氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響Fig. 4 Effect of zinc chloride mass fraction on the yield and the adsorption capacity of the activated carbon

2.1.5 浸漬時(shí)間對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響

圖5 浸漬時(shí)間對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響Fig. 5 Effect of impregnation time on the yield and the adsorption capacity of the activated carbon

浸漬時(shí)間對(duì)活性炭得率與吸附能力的影響見圖5。隨著浸漬時(shí)間的增加，澳洲堅(jiān)果殼活性炭的得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值逐漸增加，當(dāng)時(shí)間增加到18 h時(shí)，得率達(dá)到最大值，為43.44%，與其他時(shí)間存在顯著性差異(P<0.05)。當(dāng)時(shí)間增加到20 h時(shí)，亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值達(dá)到最大值，分別為387與1 621 mg/g，與其他時(shí)間存在顯著性差異(P<0.05)。隨著浸漬時(shí)間的繼續(xù)增加，得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值呈下降趨勢(shì)。這是由于浸漬時(shí)間增加使纖維孔隙中間氯化鋅溶液增多，有利于形成更多的澳洲堅(jiān)果殼粉炭化物孔隙結(jié)構(gòu)。但當(dāng)浸漬時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，纖維孔隙中間的鋅離子過量，活化反應(yīng)劇烈，大量的微孔或中孔被刻蝕成大孔，導(dǎo)致其亞甲基藍(lán)吸附值與碘吸附值下降，得率也下降[17]。綜合考慮，浸漬時(shí)間選擇20 h較為適宜。

2.2 澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備工藝正交試驗(yàn)分析

澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備工藝正交試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備工藝各因素對(duì)得率影響的主次順序?yàn)椋夯罨瘯r(shí)間(A)>浸漬比(B)>浸漬時(shí)間(E)>活化溫度(C)>氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)(D)，最優(yōu)工藝組合為A2B1C2D3E1；各因素對(duì)活性炭亞甲基藍(lán)吸附值影響的主次順序?yàn)锳>B>E>C>D，最優(yōu)工藝組合為A2B2C4D2E4；各因素對(duì)活性炭碘吸附值影響的主次順序?yàn)锳>B>E>C>D，最優(yōu)工藝組合為A4B2C1D3E2。

由上述分析可知，指標(biāo)變動(dòng)的大小實(shí)際上不受因素水平變動(dòng)的影響，各因素對(duì)澳洲堅(jiān)果殼活性炭得率、亞甲基藍(lán)吸附值與碘吸附值的影響順序一致，均為A>B>E>C>D，但活性炭制備的最佳工藝條件略有不同。在實(shí)際選取最優(yōu)工藝條件時(shí)，需要考慮各因素對(duì)得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值的綜合影響，以得到更優(yōu)的制備工藝條件。由于根據(jù)3個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)得到的最佳工藝條件不同，將根據(jù)得率、亞甲基藍(lán)吸附值與碘吸附值得到的最佳工藝條件制備的活性炭分別標(biāo)記為AC1、AC2和AC3。其中，AC1活性炭樣品的得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值分別為51.92%、388 mg/g和1 746 mg/g；AC2活性炭樣品的得率、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值分別為49.35%、413 mg/g和1 773 mg/g；AC3活性炭樣品的得率、亞甲基藍(lán)吸附值與碘吸附值分別為49.95%、412 mg/g和1 830 mg/g。一般情況下，活性炭首先應(yīng)考量其吸附性能，其次是得率[18]。綜合考慮，AC3活性炭樣品具有最好的碘吸附能力，得率與亞甲基藍(lán)吸附能力也較高，所以選擇該實(shí)驗(yàn)條件為最佳工藝條件，即為活化時(shí)間3.5 h、浸漬比1∶4、活化溫度550 ℃、氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%、浸漬時(shí)間19 h。

表1 澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備工藝正交試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Orthogonal array design with experimental results for preparation technology of the activated carbon from Macadamia shell

2.3 澳洲堅(jiān)果殼活性炭的結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 活性炭紅外光譜與X射線光電子能譜分析

圖6 椰殼活性炭標(biāo)品與澳洲堅(jiān)果殼活性炭紅外光譜圖Fig. 6 Infrared spectrum of activated carbon reference substance of coconut shell and the optimal activated carbon of Macadamia shell

圖7 澳洲堅(jiān)果殼活性炭C1s與O1s的X射線光電子能譜圖Fig. 7 X-ray photoelectron spectra for C1s and O1s of the optimal activated carbon of Macadamia shell

2.3.2 活性炭比表面積測(cè)定

澳洲堅(jiān)果殼活性炭吸附-脫附等溫線如圖8所示，在相對(duì)壓力為0.4～0.9的范圍內(nèi)出現(xiàn)了明顯的吸脫附滯后回環(huán)，在相對(duì)壓力為1.0時(shí)，等溫線有向上爬升的趨勢(shì)。按照國(guó)際理論與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)(IUPAC)分類，屬于Ⅱ型吸附等溫線，等溫線形狀為IUPAC吸附滯后回線分類中的H3和H4型的結(jié)合，表明存在狹縫形孔隙。即在吸附等溫線開始部分表明發(fā)生了活性炭的微孔填充，在較大相對(duì)壓力下，平臺(tái)的傾斜是中孔或大孔以及外表面上的多層吸附的緣故[4]。

為了進(jìn)一步研究所制備的澳洲堅(jiān)果殼活性炭孔結(jié)構(gòu)，需要測(cè)定其孔徑分布，經(jīng)測(cè)定，其比表面積1 174 m2/g，微孔比表面積497 m2/g，中孔比表面積677 m2/g，微孔孔容0.24 cm3/g，中孔孔容 0.58 cm3/g，總孔容0.82 cm3/g，平均孔徑2.80 nm。微孔占總表面積的42.33%，中孔占57.67%；微孔占總孔容的29.27%，中孔占70.73%。且從澳洲堅(jiān)果活性炭孔徑分布圖9中可以看出，微孔孔徑主要集中在0.93～1.61 nm，中孔孔徑在2～10 nm，且在4.2 nm附近出現(xiàn)了一個(gè)明顯的峰，表明樣品含有豐富的中孔及較多數(shù)量的微孔，與吸附等溫線結(jié)果一致。綜上，制備的澳洲堅(jiān)果殼活性炭為中孔型活性炭，并擁有較大比例的微孔，因此具備較強(qiáng)的吸附能力，可主要用于液相吸附，同時(shí)也可以用于氣相吸附[2]。

圖8 澳洲堅(jiān)果殼活性炭吸附-脫附等溫線Fig. 8 Adsorption-desorption isotherms of the optimal activated carbon of Macadamia shell

圖9 BJH 法計(jì)算的澳洲堅(jiān)果殼活性炭孔徑分布Fig. 9 Pore diameter distribution of the optimal activated carbon of Macadamia shell by BJH method

2.4 澳洲堅(jiān)果殼活性炭質(zhì)量指標(biāo)分析

澳洲堅(jiān)果殼活性炭質(zhì)量指標(biāo)分析見表2，制備的澳洲堅(jiān)果殼活性炭的外觀為黑色粉末狀，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、強(qiáng)度、亞甲基藍(lán)吸附值與碘吸附值分別為1.45%、0.84%、96.78%、412 mg/g與1 830 mg/g，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13803.2—1999《木質(zhì)凈水用活性炭》(一級(jí)品)與食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 29215—2012《食品添加劑植物活性炭(木質(zhì)活性炭)》的要求，表明其具有良好的質(zhì)量與吸附能力。

表2 澳洲堅(jiān)果殼活性炭質(zhì)量指標(biāo)Table 2 Quality indexes of the optimal activated carbon of Macadamia shell

3 結(jié) 論

以澳洲堅(jiān)果殼為原料，采用氯化鋅活化法制備活性炭，通過單因素與正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件，并對(duì)所制備的活性炭進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，主要結(jié)論如下：

1)澳洲堅(jiān)果殼活性炭制備的最佳工藝條件為：活化時(shí)間3.5 h、浸漬比1∶4(g∶mL)、活化溫度550 ℃、氯化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%、浸漬時(shí)間19 h。在此條件下，制備活性炭的得率、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、強(qiáng)度、亞甲基藍(lán)吸附值和碘吸附值分別為49.95%、1.45%、0.84%、96.78%、412 mg/g和1 830 mg/g。

2)制備的澳洲堅(jiān)果殼活性炭存在發(fā)達(dá)且孔徑分布不均的孔隙結(jié)構(gòu)，其屬于中孔型活性炭，并擁有較大比例的微孔，表面存在醇羥基、酚羥基、醚基、羰基、羧基等含氧官能團(tuán)，具有一定的親水性及較強(qiáng)的吸附能力。通過與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較，制備的澳洲堅(jiān)果殼活性炭的質(zhì)量指標(biāo)與吸附性能達(dá)到活性炭一級(jí)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。