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《污泥—甘蔗渣生物炭的制备及其对林地沙化土壤改良效果研究》一、引言随着全球气候变化和人类活动的加剧，土壤沙化问题日益严重，特别是林地沙化现象愈发突出。
为了改善沙化土壤，寻找有效的改良方法成为当前研究的重点。
本文以污泥和甘蔗渣为原料，研究其制备生物炭的工艺，并探讨该生物炭对林地沙化土壤的改良效果。
二、污泥—甘蔗渣生物炭的制备1. 材料与方法本研究所用材料为污泥和甘蔗渣。
首先对污泥进行脱水、干燥处理，然后将甘蔗渣与污泥按一定比例混合，放入炭化炉中进行热解，制备得到生物炭。
2. 制备工艺制备过程中，需控制热解温度、时间和气氛等参数。
通过多次试验，确定最佳工艺参数，使生物炭具有较高的产率和较好的性能。
三、生物炭对林地沙化土壤改良效果研究1. 试验方法选取沙化严重的林地土壤作为研究对象，将制备得到的生物炭按照不同比例与沙化土壤混合，进行室内培养试验。
通过测定土壤的物理、化学及生物学性质，评价生物炭对沙化土壤的改良效果。
2. 结果与分析（1）物理性质改良：生物炭的加入显著提高了沙化土壤的保水性、通气性和团粒结构。
（2）化学性质改良：生物炭中的有机质和矿物质元素有效改善了土壤的pH值、盐分和养分状况。
（3）生物学性质改良：生物炭的施加有利于土壤微生物群落的丰富度和活性提高，促进了土壤肥力的提升。
四、结论本研究以污泥和甘蔗渣为原料，成功制备了生物炭，并对其在林地沙化土壤改良中的应用效果进行了研究。
结果表明，生物炭的施加能有效改善沙化土壤的物理、化学和生物学性质，提高土壤肥力和保水能力。
因此，污泥—甘蔗渣生物炭是一种具有广泛应用前景的土壤改良材料。
五、讨论与展望尽管本研究取得了一定的成果，但仍需进一步探讨以下几个方面：1. 生物炭的制备工艺优化：通过调整热解参数、原料比例等，进一步提高生物炭的产率和性能。
2. 生物炭的施用方法研究：探讨不同施用方式、施用量对沙化土壤改良效果的影响，为实际应用提供指导。
3. 长期效果观察：对生物炭改良沙化土壤的长期效果进行观测，评估其可持续性和稳定性。
江西农业学报 2009,21(3):96～98Acta Agriculturae J iangxi甘蔗渣制取活性炭的试验研究严兴,赵玲3,尹平河,周铁海 收稿日期:2008-12-19基金项目:广东省自然科学基金重点项目(04105835)。
作者简介:严兴(1982-),男,湖南人,硕士研究生,主要从事固体废弃物资源化和难降解废水处理的研究。
3通讯作者:赵玲。
(暨南大学环境工程系,广东广州510632)摘 要:以甘蔗渣为原料,以ZnCl 2为活化剂,采用先活化再炭化的方法制取生物活性炭。
通过比较得率和碘值,得到了制取活性炭的优化条件:活化剂ZnCl 2浓度为2.0mol/L,活化剂与甘蔗渣的质量比为5∶1,活化时间为24h,炭化温度为500℃,炭化时间为50m in,以N 2作为保护气,流量为2.5L /m in 。
在上述条件下制得的活性炭的碘值为510mg/g,得率为35.4%,比表面积为653m 2/g,平均孔径为2.4n m,孔体积为7.1×10-2c m 3/g 。
关键词:活性炭;甘蔗渣;活化炭化;XRD;SE M;BET中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1001-8581(2009)03-0096-03Exper im en t a l Study on M ak i n g of Acti va ted Charcoa l fro m Baga sseY AN Xing,Z HAO L ing 3,YIN Ping -he,Z HOU Tie -hai(Depart m ent of Envir on mental Engineering,J i ’nan University,Guangzhou 510632,China )Abstract:U sing ZnCl 2as activat or,the activated carbon was made fr o m bagasse by the method of firstly activati on and then car 2bonizati on .Thr ough the co mparis on of obtaining rate and i odine -value of the made activated charcoal,the op ti m u m conditi ons f or making activated carbon were obtained as f oll o ws:activat or ZnCl 2concentrati on was at 2.0mol/L,the quality rati o of the activat or t o bagasse was 5∶1,the activati on ti m e was 24h,the carbonizati on te mperature was at 500℃,the carbonizati on ti m e was 50m in and the current capacity of the p r otective N 2was 2.5L /m in .Under the above op ti m ized conditi ons,the i odine -value of made activated car 2bon was 510mg/g,the obtaining rate was 35.4%.Key words:Activated charcoal;Bagasse;Activati on and carbonizati on;XRD;SE M;BET 甘蔗渣是各种制糖基地的主要副产物,来源丰富。
甘蔗渣制取活性炭的试验研究
严兴;赵玲;尹平河;周铁海
【期刊名称】《江西农业学报》
【年(卷),期】2009(021)003
【摘要】以甘蔗渣为原料,以ZnCl2为活化剂,采用先活化再炭化的方法制取生物活性炭.通过比较得率和碘值,得到了制取活性炭的优化条件:活化剂ZnCl2浓度为2.0 mol/L,活化剂与甘蔗渣的质量比为5∶1,活化时间为24 h,炭化温度为500 ℃,炭化时间为50 min,以N2作为保护气,流量为2.5 L/min.在上述条件下制得的活性炭的碘值为510 mg/g,得率为35.4%,比表面积为653 m2/g,平均孔径为2.4 nm,孔体积为7.1×10-2 cm3/g.
【总页数】4页(P96-98,114)
【作者】严兴;赵玲;尹平河;周铁海
【作者单位】暨南大学,环境工程系,广东,广州,510632;暨南大学,环境工程系,广东,广州,510632;暨南大学,环境工程系,广东,广州,510632;暨南大学,环境工程系,广东,广州,510632
【正文语种】中文
【中图分类】X705
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《污泥—甘蔗渣生物炭的制备及其对林地沙化土壤改良效果研究》一、引言随着人类活动的不断增加，土壤沙化问题日益严重，尤其是林地沙化现象频发，给生态环境和农业生产带来了严重的影响。
污泥和甘蔗渣作为常见的农业废弃物，其资源化利用对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
本研究以污泥和甘蔗渣为原料，制备生物炭，并探讨其对林地沙化土壤的改良效果。
二、材料与方法1. 材料（1）污泥：取自当地污水处理厂，经过脱水处理后备用。
（2）甘蔗渣：取自当地甘蔗加工厂，经过干燥、破碎处理后备用。
（3）土壤：选取具有代表性的林地沙化土壤。
2. 方法（1）生物炭制备：将污泥和甘蔗渣按一定比例混合，进行热解制备生物炭。
（2）土壤改良实验：将制备的生物炭与沙化土壤混合，设置不同比例的生物炭添加量，进行土壤改良实验。
（3）指标测定：测定改良前后土壤的物理性质、化学性质及生物学性质等指标。
三、实验结果与分析1. 生物炭制备结果通过热解处理，成功制备出污泥—甘蔗渣生物炭。
该生物炭具有较高的比表面积和孔隙结构，有利于吸附和固定土壤中的养分和有害物质。
2. 土壤改良效果分析（1）物理性质改良：添加生物炭后，沙化土壤的团粒结构得到改善，土壤疏松度增加，有利于植物根系的生长。
（2）化学性质改良：生物炭具有较高的阳离子交换量和吸附性能，能够吸附和固定土壤中的养分和有害物质，提高土壤的肥力和保水能力。
同时，生物炭的添加还可以降低土壤的pH值，改善土壤酸碱度。
（3）生物学性质改良：生物炭的添加有利于提高土壤微生物数量和活性，促进土壤有机质的分解和养分循环。
同时，生物炭本身富含的营养元素和微量元素也为植物生长提供了良好的条件。
四、结论本研究以污泥和甘蔗渣为原料，制备出污泥—甘蔗渣生物炭，并将其应用于林地沙化土壤的改良。
实验结果表明，生物炭的添加能够显著改善沙化土壤的物理性质、化学性质和生物学性质，提高土壤的肥力和保水能力，促进植物生长。
因此，污泥—甘蔗渣生物炭是一种有效的林地沙化土壤改良材料，具有广阔的应用前景。
《污泥—甘蔗渣生物炭的制备及其对林地沙化土壤改良效果研究》一、引言随着工业化和城市化的快速发展，大量的污泥和农业废弃物如甘蔗渣等产生并成为环境治理的难题。
这些废弃物若处理不当，不仅占用大量土地资源，还可能对环境造成二次污染。
而林地沙化问题，则是我国西北地区面临的严重环境问题之一，它严重影响着当地生态系统的稳定和农业生产的可持续发展。
因此，寻找一种有效的方法来处理这些废弃物，并将其应用于沙化土壤的改良，具有重要的现实意义。
本文以污泥和甘蔗渣为原料，研究其制备生物炭的过程及其对林地沙化土壤的改良效果。
二、污泥—甘蔗渣生物炭的制备1. 材料与方法本研究所用原料为污泥和甘蔗渣。
首先对污泥进行脱水、干燥处理，然后与甘蔗渣按一定比例混合，在一定的温度和时间内进行热解，制备得到生物炭。
2. 制备过程生物炭的制备过程主要包括混合、热解和冷却三个步骤。
混合阶段将污泥和甘蔗渣按一定比例均匀混合；热解阶段在无氧或低氧条件下，通过加热使混合物发生热解反应，生成生物炭；冷却阶段则是对热解后的产物进行降温处理，以便于后续的使用。
三、生物炭对林地沙化土壤的改良效果1. 实验设计本实验选取了不同比例的污泥—甘蔗渣生物炭，与沙化土壤进行混合，设置对照组和实验组，通过对比分析，研究生物炭对沙化土壤的改良效果。
2. 实验结果与分析（1）物理性质改善：生物炭的加入可以显著提高沙化土壤的保水性、通气性和团粒结构，改善其物理性质。
（2）化学性质改善：生物炭中含有丰富的有机质和微量元素，可以改善沙化土壤的化学性质，提高土壤肥力。
（3）生物活性改善：生物炭的加入有利于土壤中微生物的生长和繁殖，提高土壤的生物活性。
四、结论本研究以污泥和甘蔗渣为原料制备生物炭，并将其应用于林地沙化土壤的改良。
实验结果表明，生物炭的加入可以显著改善沙化土壤的物理性质、化学性质和生物活性。
这为解决污泥和甘蔗渣的处理问题，以及改善林地沙化问题提供了一种新的思路和方法。
《污泥—甘蔗渣生物炭的制备及其对林地沙化土壤改良效果研究》一、引言随着工业化和城市化的快速发展，污泥和甘蔗渣等农业废弃物已成为环境保护领域面临的重要问题。
而沙化土地作为全球生态环境的主要威胁之一，改良沙化土壤的方法也在持续寻求和开发中。
因此，利用废弃物资源，研发新型改良沙化土壤的方法具有重要意义。
本论文重点探讨了以污泥和甘蔗渣为原料制备生物炭的方法及其对林地沙化土壤的改良效果。
二、材料与方法（一）生物炭的制备本研究利用污泥和甘蔗渣为原料，采用高温裂解法制备生物炭。
其中，污泥经过脱水、干燥、破碎等预处理后，与甘蔗渣按一定比例混合，放入裂解炉中，在无氧环境下进行高温裂解，得到生物炭。
（二）沙化土壤改良实验将制备好的生物炭按照不同比例（如1%、3%、5%）与沙化土壤混合，进行田间试验。
通过对比分析不同处理下土壤的物理性质、化学性质及生物性质等指标，评估生物炭对沙化土壤的改良效果。
三、结果与分析（一）生物炭的制备结果通过高温裂解法，成功制备出污泥—甘蔗渣生物炭。
该生物炭具有较高的比表面积和丰富的孔隙结构，有利于吸附和固定土壤中的养分和有害物质。
（二）沙化土壤改良效果分析1. 物理性质改良：生物炭的添加能显著提高沙化土壤的保水能力，改善土壤结构，增加土壤团聚体数量。
随着生物炭比例的增加，土壤的孔隙度和通透性得到改善，有利于植物根系的生长。
2. 化学性质改良：生物炭具有较高的阳离子交换量，能有效吸附和固定土壤中的重金属和营养物质，提高土壤的肥力。
同时，生物炭的添加还能降低土壤的pH值，提高土壤中微生物的活动能力。
3. 生物性质改良：添加生物炭的沙化土壤中，微生物数量和种类增加，土壤酶活性提高。
这有利于土壤中有机物的分解和养分的循环利用，促进植物的生长。
四、讨论本研究表明，以污泥和甘蔗渣为原料制备的生物炭对沙化土壤具有显著的改良效果。
这主要得益于生物炭的高比表面积、丰富的孔隙结构、较高的阳离子交换量以及良好的吸附性能。
响应面法优化废茶叶活性炭的干法制备工艺作者：张莉赵际沣蒋莉来源：《江苏理工学院学报》2018年第06期摘要：采用废茶叶为原料，氢氧化钠为化学活化剂，二者直接混合后研磨用马弗炉做热源，热解制备活性炭（AC）。
采用中心组合设计（central composite design， CCD）实验，运用响应面法（response surface method， RSM）优化工艺参数，考察活化温度、活化时间和炭碱比对活性炭碘值和产率的影响。
得出优化工艺参数为：活化温度455.2℃，活化时间71.1min，炭碱比5.30，该工艺条件下活性炭碘值和产率的实验结果和预测值分别为649.11mg/g、33.29%和682.69 mg/g、35%，二者基本相符，验证了模型的有效性。
关键词：废茶叶;活性炭; 氢氧化钠; 响应面法中图分类号：TQ424.1∶X705 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2018）06-0038-09中国是茶产业生产和消费上的世界第一大国。
[1]我国茶叶生产始终保持稳定增长，2016年中国茶叶总产量约为243万吨，比上年增长16万吨，增幅7%。
總产量中内销占62%，出口占12%，深加工4%，其余均为库存量。
自2014年起，茶叶消费市场就面临着产大于销的困境，同时，茶叶库存量仍在逐年增加[2]。
与此同时，在茶叶加工生产过程中，有大量的残次品作为废物而未加以充分利用，造成了资源的浪费。
因此，开辟废茶叶的二次利用以变废为宝同时寻求新的经济发展模式是目前一个重要课题。
活性炭是一种化学性质十分稳定的物质，具有高比表面积和丰富的表面官能团，是一种优质的吸附材料[3]，广泛应用于医药、化工、水处理和食品等行业。
但其主要由煤质、木质和石油焦等不可再生或昂贵资源热解、活化加工而成，原材料成本高昂。
废茶叶资源丰富、价格低廉并且富含纤维素等优点，是制备活性炭的理想前驱体[4-7]。
若对现有市场滞留的废茶叶进行回收制备高性能活性炭，取代传统活性炭，则可以节约珍贵的化石燃料资源，保护环境，增加森林固炭量，推动绿色可持续发展。
污泥活性炭制备及应用污泥活性炭制备及应用污泥是污水处理过程中产生的含有有机物和无机物的混合废物。
传统的处理方式往往是将污泥直接填埋或者焚烧，但这些方法都存在一定的环境问题和资源浪费。
因此，开发和应用污泥资源化利用技术变得尤为重要。
其中，污泥活性炭制备及应用就是一种相对较新的技术，具有很高的潜力。
污泥活性炭是一种具有丰富孔结构和大比表面积的碳材料。
通过一系列的处理工艺，例如碳化、激活等，可以将污泥转化为具有吸附、脱色、脱臭等功能的活性炭。
污泥活性炭的制备方法主要包括物理法、化学法和物化法。
在物理法中，首先对污泥进行干燥处理，然后进行碳化，得到初步的活性炭。
接着，通过物理激活（如高温蒸汽激活）或物化激活（如化学物质添加）使其孔洞结构进一步发展，从而提高活性炭的吸附能力和性能。
在化学法中，污泥经过碳化预处理后，使用化学氧化剂（如盐酸、磷酸、硫酸等）对其进行化学激活，以增加活性炭的孔隙度和表面积。
物化法是物理法和化学法的综合应用。
首先，利用物理碳化完成污泥的初步转化，然后使用化学氧化剂和物理激活剂进行综合激活，进一步优化活性炭的结构和性能。
污泥活性炭制备技术的成功应用不仅可以解决污泥去除的难题，还可以实现污泥资源化利用，发挥有效的环境修复作用。
目前，污泥活性炭已经在多个领域得到了广泛应用。
首先，污泥活性炭可以用于水处理领域，用于去除水中的有机物、重金属和色素等有害物质。
其次，污泥活性炭还可以用于空气净化，吸附空气中的有机气体和异味，净化室内外空气质量。
另外，污泥活性炭还可以用于土壤修复，吸附土壤中的污染物，改善土壤质量。
此外，污泥活性炭还可以用于储能材料、电池电极等领域。
污泥活性炭的制备及应用存在一些挑战。
首先，制备过程中的污泥性质和处理工艺对活性炭的性能产生很大影响，因此需要进一步研究和优化。
其次，活性炭的价格相对较高，限制了其在一些领域的应用。
另外，炭化和激活工艺对环境的影响也需要进一步评估和控制。
《污泥—甘蔗渣生物炭的制备及其对林地沙化土壤改良效果研究》一、引言随着工业化进程的加快，污泥的处理与利用成为了环境保护的重要课题。
与此同时，甘蔗渣作为农业废弃物，其有效利用同样具有显著的环境与经济价值。
本文以污泥和甘蔗渣为原料，通过生物炭的制备技术，探讨其对于林地沙化土壤的改良效果。
通过这一研究，旨在为污泥和甘蔗渣的资源化利用提供新的途径，同时为沙化土壤的改良提供科学依据。
二、材料与方法1. 材料准备实验所用的污泥取自某城市污水处理厂，甘蔗渣来源于当地甘蔗加工厂。
材料在使用前均进行适当的预处理，以去除杂质和水分。
2. 生物炭制备将预处理后的污泥和甘蔗渣按照一定比例混合，通过炭化炉进行高温炭化，制备得到生物炭。
3. 实验设计选取具有沙化问题的林地作为实验地，设置对照组和实验组。
实验组施加不同比例的生物炭，对照组不施加任何物质。
通过对比分析，研究生物炭对沙化土壤的改良效果。
三、生物炭的制备及其特性1. 生物炭的制备工艺本文采用高温炭化法，将污泥和甘蔗渣混合后，在无氧条件下进行高温炭化。
通过控制炭化温度和时间，得到生物炭。
2. 生物炭的特性制备得到的生物炭具有较高的比表面积、丰富的孔隙结构和较好的吸附性能。
同时，生物炭中含有丰富的有机质和微量元素，对土壤具有较好的改良作用。
四、生物炭对林地沙化土壤的改良效果1. 土壤物理性质的改善施加生物炭后，土壤的保水能力、通气性和土壤结构得到明显改善。
生物炭的添加使得土壤颗粒间的团聚作用增强，提高了土壤的稳定性。
2. 土壤化学性质的改善生物炭中的有机质和微量元素能够提高土壤的肥力，促进土壤中微生物的活动。
同时，生物炭能够吸附土壤中的重金属离子和有机污染物，降低土壤的污染程度。
3. 植物生长状况的改善通过在实验地种植植被并观察其生长状况，发现施加生物炭的林地植被覆盖度、生物量和长势均优于对照组。
这表明生物炭能够提高土壤的肥力和环境质量，促进植物的生长。
五、结论本文以污泥和甘蔗渣为原料，通过生物炭的制备技术，探讨了其对林地沙化土壤的改良效果。
甘蔗渣微波制备活性炭吸附剂及其再生研究吴文炳;陈建发;林小兰;江万祥【摘要】以甘蔗渣为原料,氯化锌、磷酸和氢氧化钠为活化剂,微波制备活性炭吸附剂,考察了活化剂浓度、料液比、漫渍时间、微波功率和辐射时间等对活性炭产率和吸附性能的影响.活性炭指标为:亚甲基蓝吸附值136mL/g,碘的吸附值1 163.7mg/g,A法焦糖脱色率108.9%,优于国家一级品指标.用该活性炭处理酱油模拟废液后再生,其亚甲基蓝吸附值为105mL/g,碘的吸附值为1186.4mg/g,A法焦糖脱色率为111.5%,仍优于国家一级品指标,并且再生活性炭对酱油废液具有更佳的处理效果.该方法操作方便,缩短了活性炭的制备和再生时间,再生效果好.【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(028)002【总页数】4页(P201-203,210)【关键词】微波辐射;甘蔗渣;活性炭;吸附剂;再生【作者】吴文炳;陈建发;林小兰;江万祥【作者单位】漳州师范学院,化学与环境科学系,福建,漳州,363000;漳州职业技术学院,食品与生物工程系,福建漳州363000;漳州师范学院,化学与环境科学系,福建,漳州,363000;漳州师范学院,化学与环境科学系,福建,漳州,363000【正文语种】中文【中图分类】TQ424.1;X712活性炭是炭材料的典型代表，是一种优质的吸附剂，具有独特的孔隙结构和表面活性官能团，有足够的化学稳定性和一定的机械强度，耐酸碱，耐高温，不溶于水和有机溶剂，并且能够再生循环使用[1～4].微波属于电磁波的一种，它的波长在1 m～1 mm，频率在300 MHz～300 GHz的无线电波.微波加热是一种深入到物料内部，由里向外的加热方法.它通过被加热体内部偶极分子高频往复运动，使物料内外部同时加热，同时升温，仅需传统加热方式的几分之一或几十分之一就可达到加热的目的.原料一经微波加热，活化剂急剧挥发而产生蒸汽压，使其内部向外部爆炸般地压出产生无数的裂缝、小孔.这样原料较辐射前有更明显的孔隙结构,内比表面积更大.微波加热使活性炭进一步活化，提高吸附容量，用这种方法生产活性炭的时间短，耗能低，设备构造简单[5～7].本文以甘蔗渣为原料，变废为宝，对微波辐射法获得活性炭吸附剂进行了制备和再生研究，并对酱油模拟废液进行处理比较.图1 微波辐射甘蔗渣制备活性炭的工艺流程Fig.1 Process flow diagram of bagasse to activated carbon by microwave radiation表1 活化剂对活性炭吸附性能的影响Tab.1 Effect of activator on property of activated carbon序号活化剂亚甲基蓝吸附值/mL·g-1碘吸附值/mg·g-1A法焦糖脱色率/%1ZnCl21361163.7108.92H3PO41141160.6104.63NaOH931115.695.3制备条件：活化剂浓度40%(wt)，料液比为1∶25，浸渍时间为72 h，微波功率720 W，辐射时间12 min图2 ZnCl2浓度对活性炭吸附性能及产率的影响Fig.2 Effect of ZnCl2 concentration on the property and yield of activated carbon1 材料与方法1.1 材料与装置试剂：甘蔗渣(闽南地区生产)；氯化锌(分析纯)、磷酸(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、重铬酸钾(分析纯)、葡萄糖(分析纯)，均为分析纯；亚甲基蓝溶液(1.5 g/L)；碘标准溶液(0.1 mol/L)；盐酸(36%～38%)；二次蒸馏水；商品酱油(含黄豆、小麦、水、食盐、糖、焦糖色、香料)；仪器：格兰仕WD900G型微波炉；722S可见分光光度计；Sartorius电子分析天平；真空干燥箱；HY-3A多用振荡器.1.2 试验工艺与方法本试验工艺流程如图1所示.将10 g甘蔗渣在120℃下烘干，用一定浓度的氯化锌溶液浸渍后，进行微波辐射，使之活化，然后进行酸洗(采用1∶20稀释的稀盐酸)、漂洗、烘干，最后得到活性炭产品，活性炭再生直接通过微波辐射完成.采用GB/T12496.8-1999标准测定碘的吸附值，GB/T12496.9-1999标准测定A法焦糖脱色率，GB/T12496.10-1999标准测定亚甲基蓝吸附值.2 结果与分析2.1 不同活化剂的影响以氯化锌、磷酸和氢氧化钠为活化剂制备蔗渣质活性炭，产品吸附性能见表1.由表1可以看出，三种活化剂对碘的吸附效果差别不大；从亚甲基蓝吸附值和A法焦糖脱色率来看，ZnCl2活化的效果最好.总体来说，活化效果顺序为ZnCl2>H3PO4>NaOH.2.2 氯化锌浓度的影响固定料液比为1∶25、浸渍时间为72 h、微波功率为720 W、辐射时间为12 min，研究ZnCl2浓度对活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、A法焦糖脱色率和产率的影响，结果见图2.由图2可知，随着ZnCl2浓度的增加，亚甲基蓝、碘吸附值和A法焦糖脱色率先增加后减少，ZnCl2浓度为40%时，达到最大值.产率随着ZnCl2浓度增加逐渐增加，这可能是由于ZnCl2具有催化有机化合物羟基的消去和脱水作用，使原料中的氢原子和氧原子以水的形式分离出来，更多的保留了原料中的碳元素，随着ZnCl2浓度的提高，原料中的碳元素更多被保留下来，使活性炭的得率提高.综合以上各项指标，最佳ZnCl2的浓度为40%.2.3 料液比的影响固定ZnCl2浓度为40%，浸渍时间为72 h，微波功率为720 W，辐射时间为12 min，研究料液比对活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、A法焦糖脱色率和产率的影响，结果如图3所示.随着料液比的增加，亚甲基蓝和碘吸附值逐渐增大，A法焦糖脱色率和产率也逐渐增加.当料液比为1∶25时，亚甲基蓝吸附值、碘吸附值和A法焦糖脱色率都达到最大值，这可能是因为活化剂溶液中氯化锌占有的体积，近似地等于回收氯化锌后，活性炭所具有的孔隙体积，活性炭的吸附性能不仅取决于微孔比表面积，还与活性炭的比孔容积有关，比孔容积随着料液比的增加而增大[2].2.4 浸渍时间的影响固定ZnCl2浓度为40%，料液比为1∶25，微波功率为720 W，辐射时间为12 min，研究浸渍时间对活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、A法焦糖脱色率和产率的影响，结果如图4.随着浸渍时间的增加，亚甲基蓝和碘的吸附值先增加后减少，浸渍时间为72 h时，亚甲基蓝和碘吸附值均达到最大值；浸渍时间为72 h时，A法焦糖脱色率也最大.综合以上的分析，得出最佳浸渍时间为72 h.2.5 微波功率对活性炭性能的影响固定ZnCl2浓度为40%，料液比为1∶25，浸渍时间为72 h，辐射时间为12 min，研究微波功率对活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、A法焦糖脱色率和产率的影响，结果见图5.图3 料液比对活性炭吸附性能及产率的影响Fig.3 Effect of material to liquid ratio on the property and yield of activated carbon图4 浸渍时间对活性炭吸附性能及产率的影响Fig.4 Effect of impregnationtime on the property and yield of activated carbon图5 微波功率对活性炭吸附性能及产率的影响Fig.5 Effect of microwave power on the property and yield of activated carbon图6 辐射时间对活性炭吸附性能及产率的影响Fig.6 Effect of microwave activation time on the property and yield of activated carbon表2 再生前后活性炭吸附性能比较Tab.2 Comparison between activated carbon and regenerated activated carbon on property项目亚甲基蓝吸附值/mL·g-1碘吸附值/mg·g-1A法焦糖脱色率/%再生前活性炭1361163.7108.9再生后活性炭1051186.4111.5再生条件：微波功率720 W，辐射时间9 min增强微波功率，活性炭吸附性能均有所提高.在720 W后，A法焦糖脱色率继续增大，而亚甲基蓝值略有下降.这是由于功率增大，活化温度升高，从而提高了活化效果.但功率过大，活性炭中孔结构受损，逐渐扩大为大孔.产率与微波功率呈负相关性，主要是参与碳水反应的碳原子增加，物料的烧损加剧，使得活性炭的质量减少.2.6 辐射时间对活性炭性能的影响固定ZnCl2浓度为40%，料液比为1∶25，浸渍时间为72 h，微波功率720 W，研究微波辐射时间对活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、A法焦糖脱色率和产率的影响，如图6所示.适当延长辐射时间，可提高活性炭吸附性能.继续增加辐射时长，碘吸附值先下降，随后亚甲基蓝吸附值降低，A法焦糖脱色率略有升高，这是由于加大时间，炭化和活化程度加深，产生的蒸汽压变大，生成的微孔和中孔数增多，但辐射时间过长，使温度较高且活化程度过深，原来的微孔和中孔不断被扩大，微孔向中孔发展，中孔向大孔发展，微孔转化为中孔的速度小于中孔转化为大孔的速度，所以亚甲基蓝和碘吸附值降低，A法焦糖脱色率升高.而活性炭的产率随辐射时间的延长而降低，这是因为炭化程度加深，烧失率和灰分增加，从而降低产率.研究表明，甘蔗渣微波制备活性炭吸附剂的最佳工艺条件为ZnCl2浓度40%，料液比1∶25，浸渍时间72 h，微波功率720 W，辐射时间12 min.其吸附性能为：亚甲基蓝吸附值136 mL/g,碘吸附值1 163.7 mg/g，A法焦糖脱色率108.9%. 2.7 活性炭再生前后比较最佳工艺条件下获得的活性炭在酱油模拟废液中进行吸附试验，处理时间为30 min，废水处理量为150 mL/g.吸附后的活性炭通过再生，再生前后活性炭的吸附性能比较结果如表2所示.再生前后活性炭(1g)在不同废液浓度下的吸附试验结果如图7所示.从表2可以看出，活性炭再生后亚甲基蓝吸附值有所下降，但仍优于国家一级品指标；而碘吸附值和A法焦糖脱色率均略有提高.从废液吸附试验可知，再生后活性炭的脱色率比再生前总体提高.由图7可知，在静态吸附试验中，再生后活性炭对酱油废液的脱色率均优于再生前活性炭，并且酱油废液浓度越高，脱色优势越明显.3 结论1)从甘蔗质活性炭吸附性能比较来看，选用活化剂的活化效果顺序为：ZnCl2>H3PO4>NaOH.2)微波法制备活性炭吸附剂的最佳工艺条件为：氯化锌溶液浓度40%，料液比1∶25，浸渍时间72 h，微波功率720 W，辐射时间12 min.相应活性炭的亚甲基蓝吸附值为136 mL/g，碘的吸附值为1 163.7 mg/g，A法焦糖脱色率为108.9%，均优于国家一级品指标.3)活性炭用于酱油模拟废液处理后，采用微波再生，获得再生活性炭的亚甲基蓝吸附值为105 mL/g，碘的吸附值为1 186.4 mg/g，A法焦糖脱色率为111.5%，仍优于国家一级品指标，并且再生活性炭对酱油废液具有更佳的处理效果，可用于食品行业废水处理.参考文献:[1]闵恩泽，吴巍.绿色化学与化工[M].北京：化学工业出版社，2000：65-66.[2]立本英机，安部郁夫.活性炭材料的应用技术[M].高尚愚,译.南京：东南大学出版社,2002：6-7.[3]范延臻，王宝贞.活性炭材料表面化学[J].煤炭转化，2000，23(4)：26-30.[4]解强，张香兰，李兰廷，等.活性炭孔结构调节：理论、方法与实践[J].新型炭材料，2005，20(2)：8-10.[5]叶平伟，栾志强，张忠良，等.微波加热对活性炭表面性质的影响[J].炭素技术，2004，23(2)：5-9.[6]彭金辉，张世敏，张利波.微波辐照稻杆制造活性炭[J].林产化学与工业，1999(3)：88-90.[7]彭金辉，张世敏，张利波.微波辐照玉米芯制取活性炭[J].林产化工通讯，1999(3)：22-24.[8]刘一星.木质弃废物再生循环利用技术[M].北京：化学工业出版社，2005：5-6.。
第8卷第12期环境工程学报Vol．8，No．122014年12月Chinese Journal of Environmental EngineeringDec ．2014响应面法优化甘蔗渣-污泥复合活性炭的制备工艺项国梁1喻泽斌1，2*陈颖1杨瓯蒙1（1．广西大学环境学院，南宁530004；2．广西华蓝设计（集团）有限公司，南宁530011）摘要为了提高污泥活性炭的吸附性能以提升其实际应用价值，提出在污泥中掺杂甘蔗渣制备复合活性炭，并采用Plackett-Burman 联用响应面法对影响复合活性炭碘值的条件进行筛选优化。
通过Plackett-Burman 实验筛选出热解温度、热解时间和甘蔗渣与污泥干重比为主要影响因素，对这3个因素进行Box-Behnken 实验，经响应面优化得到影响碘值的二次响应曲面模型，模型显示热解温度与热解时间、热解温度与干重比的交互作用显著，并确定了最佳制备条件：热解温度550ħ、热解时间30min 和干重比50%，此时复合活性炭碘值为814mg /g ，优于未优化条件下制备的复合活性炭。
通过比表面积、孔结构和碘值的测定以及元素和扫描电镜分析得出，甘蔗渣的掺杂提高了复合活性炭的比表面积、微孔体积、碘值及含碳量。
研究结果表明，甘蔗渣掺杂和制备条件优化是提高污泥活性炭吸附性能的有效手段。
关键词Plackett-Burman 设计响应面法剩余污泥甘蔗渣活性炭中图分类号X705文献标识码A文章编号1673-9108（2014）12-5475-08Optimizing the preparation of sugarcane bagasse-sludge compositional activated carbon by response surface methodologyXiang Guoliang 1Yu Zebin 1，2Chen Ying 1Yang Oumeng 1（1．School of the Environment ，Guangxi University ，Nanning 530004，China ；2．Guangxi Hualan Design and Consulting Group Co．Ltd．，Nanning 530011，China ）Abstract Sugarcane bagasse was added into sludge to prepare compositional activated carbons （CACs ），and Plackett-Burman combining with response suraface methodology was employed to sieve and optimize the con-ditions affecting the iodine adsorption value of CACs．The Plackett-Burman results show that pyrolysis tempera-ture ，pyrolysis time and dried weight ratio of sugarcane bagasse to sludge are the main influencing factors．Using these three factors as variables ，a second order model of the iodine adsorption value of CACs was obtained by Box-Behnken design and response surface methodology analysis．The model shows that the interactions of pyroly-sis temperature and pyrolysis time ，pyrolysis temperature and dried weight ratio are significant ，and determines that the optimal pyrolysis temperature is 550ħ，pyrolysis time is 30min and dried weight ratio is 50%．The io-dine adsorption value of CAC prepared under this condition is 814mg /g ，being higher than other CACs ’．The effects of sugarcane bagasse addition on the physicochemical properties of CACs were investigated by analyzing surface area ，pore structure ，iodine adsorption value and carbon content ，which indicate that the addition of sugar-cane bagasse increases the surface area ，micro-pore volume ，iodine adsorption value and carbon content．The re-sults indicate that addition of sugarcane bagasse and optimization of preparation conditions are effective methods to improve the adsorption properties of sludge based activated carbon．Key words Plackett-Burman design ；response surface methodology ；sewage sludge ；sugarcane bagasse ；activated carbon收稿日期：2013－11－11；修订日期：2013－12－14作者简介：项国梁（1990—），男，硕士研究生，研究方向为环境污染控制。
E-mail ：osmand1102@sina．com *通讯联系人，E-mail ：xxzx7514@hotmail．com随着我国城市化的快速发展，全国污水处理厂的数量在不断增加，作为污水处理后的产物———污泥的产量也就随之不断加大［1］，数量巨大的污泥的处理处置特别是其资源化利用一直是研究热点。
由于污泥中含有一定量的碳质有机物，具有作为活性炭制备原料的客观条件，因此自20世纪90年代起便有学者对此展开了研究［2-5］，但是大多数纯污泥活性炭微孔含量少且比表面积小［6］，限制了其应环境工程学报第8卷用。
近年来，有研究显示在污泥中添加有机质含量高的物质可以改善污泥活性炭的吸附性能［7，8］。
甘蔗渣是甘蔗糖业生产的副产物，主要成分是纤维素、半纤维素及木质素［9］，有机质含量高，而且产量可观［10］，将其添加至污泥制备复合活性炭，可以在改善污泥活性炭吸附性能的同时实现两种废弃物的资源化利用。
优化制备中间过程是改善污泥活性炭吸附性能的另一关键途径［11，12］。
影响污泥活性炭吸附性能的因素较多，筛选出主要影响因素并做进一步优化值得深入研究。
然而，传统的单因素法和正交实验设计法无法快速有效筛选主要影响因素和确定各因素的交互作用及其在整个研究范围内最佳组合［13］，因此迫切需要寻求其他实验方法以弥补单因素和正交实验设计的不足。
Plackett-Burman是一种经济有效的两水平实验设计方法，它可以利用最少的实验次数，从众多的考察因素中快速而有效地筛选出主要的影响因子，广泛地用于因子主效应的评估中［14］。
响应面法是一种综合实验设计和数学建模的数学方法［15］，可以对因素进行全面研究，确定交互作用和最佳组合，在活性炭制备领域已有应用［16，17］。
将Plackett-Burman与响应面法联用可以充分发挥两者的优势，在选出显著因子的基础上考察它们的交互作用及确定最佳组合，目前已被应用于食品［18］、生物［19］等领域的实验设计中，但在污泥活性炭制备方面仍鲜见报道。
采用Plackett-Burman实验联用Box-Behnken实验设计和响应面分析优化污泥活性炭的制备工艺，同时在污泥中添加甘蔗渣提高其有机质含量，旨在通过这两种途径提高污泥活性炭的吸附性能，从而提升其实际应用价值。
1材料和方法1．1实验原料、仪器及试剂原料：实验所用的污泥取自南宁市某污水处理厂，采集的污泥为脱水污泥，所用的甘蔗渣取自南宁市某糖厂。
污泥和甘蔗渣的成分分析见表1，可以看出甘蔗渣的挥发分和含碳量均高于污泥的两倍以上，因此将甘蔗渣添加到污泥中可以提高污泥的有机质含量。
仪器：SK-2-10B管式电阻炉（湘潭三星仪器有限公司），FA/004分析天平（上海恒天天平仪器有限公司），PHS-25型pH计（上海仪电科学仪器股份表1污泥和甘蔗渣的成分分析Table1Composition analysis of sludge andsugarcane bagasse（%）项目含水率挥发分灰分元素分析N C H污泥83．3046．5753．433．8023．510．18甘蔗渣8．7295．774．234．4856．250．61有限公司），101-1型电热鼓风干燥箱（上海光地仪器设备有限公司），60目、200目标准检验筛（浙江上虞市道墟开发筛具厂），DK-98-2型电子万用炉（天津市泰斯特仪器有限公司），HH-S6数显恒温水浴锅（金坛市医疗仪器厂）。
试剂：盐酸、碘、碘化钾、可溶性淀粉、硫代硫酸钠、无水碳酸钠和氯化锌，以上试剂为分析纯；氮气，纯度99．9%。
1．2方法1．2．1复合活性炭的制备方法将污泥和甘蔗渣置于阴凉通风处风干，分别破碎后取粒径为0．250mm和0．850mm之间的颗粒为原料。
取甘蔗渣和污泥按一定质量比例混合均匀，用一定浓度的ZnCl2溶液浸渍12或24h后于105ħ下烘干，然后将烘干的原料置于管式电阻炉中以一定的升温速率升至特定温度后热解处理，热解后的样品经70ħ的HCl溶液和去离子水清洗至pH 近中性后置于105ħ下烘干，然后研磨至过200目筛即得甘蔗渣-污泥复合活性炭。
热解过程中用N2隔绝空气，尾气用NaOH溶液吸收。
1．2．2Plackett-Burman和Box-Behnken响应面实验设计在查阅大量文献和前期实验的基础上，选取影响复合活性炭吸附性能的8个因素进行实验设计，选用n=12的Plackett-Burman设计，每个因素2个水平：低水平“－1”和高水平“+1”，以碘值为响应值，实验因素水平的选取见表2。
