[00007507]高效竹活性炭的研制开发及应用前景

　　高效竹活性炭的研制开发及应用前景

　　活性炭是利用富碳的原料，通过物理或化学的方法，经炭化活化制得的产品。制造活性炭的原料包括各种煤炭（约占52%）、木材（约33%）、椰子壳和各种坚果壳、果核（10%）、以及其它农林副产品（少于5%）。煤炭作为一种重要的化工原料，特别是在我国的煤炭供应严重不足的情况下，用煤炭生产活性炭成本较高。近年来，由於我国天然林保护工程的实施，国内木材产量锐减，扩大木质活性炭生产规模也受到限制。而另一方面，国际市场上商业活性炭的价格持续下降。随着我国社会经济快速发展和世界经济一体化进程，寻找价格低廉且资源丰富的活性炭生产原料已成为我们的当务之急。竹材，是一种可再生的林业产品，它的化学组成与木材基本相同（纤维素、半纤维素和木素等），作为活性炭的生产原料有着广阔的前景。采用竹材生产活性炭不仅能获得经济效益、社会效益和生态效益，又能促进竹类资源的产业化开发与提升。

　　我国竹类资源丰富，竹林面积和竹材产量均居世界首位。每年可砍伐毛竹四亿多支、杂竹三百多万吨，相当于1000余万立方米木材的量，因此竹林素有中国“第二森林”之美称。目前全国有各类竹材加工企业数千家，但多为劳动密集型的中小型企业，而且技术装备较落后，产品的附加值低，加工过程中竹材的实际利用率不到采伐量的三分之一，大量加工碎料未能得到工业化利用。要进一步推动我国竹材高附加值产品的生产进程，开拓竹活性炭产品的应用领域，就必须加强竹活性炭的基础研究和应用开发。而利用竹材和竹加工碎料制备活性炭的研究工作才刚刚起步。国内外的科技期刊中还未见有关竹活性炭制备和表征的详细报道。所以，目前商业竹活性炭处於“商业先行、科研滞后”的状况。由於制备工艺和理化性能的研究薄弱、缺乏科学的理论指导，现在我国的竹活性炭生产主要是以土窑炉和简易反应器为主，还没有大规模的机械化生产。为了进一步开发竹活性炭该功能型环保型材料的广阔应用前景，解决以下问题显得尤为重要紧迫：

　　１）研制和开发制备高性能竹材（包括竹加工碎料）活性炭的新工艺。深入研究竹活性炭的收率和品质随竹材质地、工艺过程、工艺参数的变化规律。以降低生产成本、充分利用竹材可再生资源、促进竹材资源产业化开发与提升。

　　２）进行竹活性炭样品的物理和化学性能的表征，探讨竹活性炭的微孔特性、孔径分布和表面化学官能团与其吸附能力的内在关系，寻找提高吸附能力的途径。为大规模机械化生产高附加值的竹活性炭提供理论依据，为提高最终产品收率和品质指明方向，也可作为新型竹活性炭生产设备设计和运行的科学指导。

　　３）开拓新型高效竹活性炭在吸附领域的应用，例如竹活性炭在室内外空气净化、石油化工溶剂回收、香烟过滤嘴、洁净水生产、制药工业、食品脱色除味、污水处理以及催化剂载体等，以获得经济效益、社会效益和生态效益。

　　本科研课题依托武汉化工学院化工与制药学院湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室，它涵盖了武汉化工学院化学工程、化学工艺、生物工程、和应用化学四个湖北省省级重点学科和一个省级精细化工中试基地，是基础研究、应用基础研究和工程化开发相结合的科研基地。重点实验室现有使用面积3500平方米，现有设备资产约1000余万元。重点实验室的大型仪器设备，如热天平和差热分析仪（TG-51，日本）、扫描式电子显微镜（JSW-5510LV，日本）、和傅利叶红外光谱仪（FTIR420，美国）对外开放使用。本项目中将会充分利用这些仪器设备进行试样的表征。作为武汉化工学院化工与制药学院特聘教授，本人在重点实验室有100平方米的试验装置用房一间，可以用于本项目搭建试验装置、开展试验研究工作。特聘教授配有科研助手一名，协助完成各项科研任务，另有硕士研究生一名可参与本项目的研究工作。

　　这些年来，本人共发表有关各类活性炭制备、表征及应用的学术论文34篇，其中SCI收录24篇、EI收录19篇。申请人也多次被特邀作为Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (Elsevier Science)、Microporous and Mesoporous Materials (Elsevier Science)、Separation and Purification Technology (Elsevier Science)、Chemical Engineering Research and Design (IChemE)、Adsorption (Kluwer Publisher)、Journal of Colloids and Interface Science (Academic Press)、Chemosphere (Elsevier Science)等国际知名期刊的审稿人。研究中的有关成果（例如表面化学特性与相吸附能力的关系、一步法制备高效活性炭工艺、炭化过程的两步连续反应数学模型、和活性炭的表面官能团及其化学吸附机理的研究等）引起国内外同行的广泛关注，纷纷来信索取论文单行本，并通过电子邮件深入讨论。正是基于创造性地利用农业废弃物转换成高效的环保产品，2001年10月与新加坡南洋理工大学赖奕章(Lua Aik Chong)教授共享由Asian Economic Review 主办的2001年亚洲发明大奖(Asian Innovation Award 2001)。本人愿为我国竹材资源的合理利用、高效低价活性炭的开发生产、吸附分离理论体系的完善、以及开发活性炭的应用新领域贡献自己微薄的力量。