竹质材料

2024-09-28

竹质材料（通用4篇）

竹质材料篇1

摘要：竹质结构工程材料以其具有更高的抗压与抗拉强度, 更好地弹性与韧性以及更强的耐冲击性等特点, 被广泛应用于工程建筑领域, 已成为建筑工程材料的首选。国内外对其可持续的开发与高效利用均给予了高度重视, 并取得了较为卓越的成果。但由于竹质结构工程材料的标准不协调、覆盖范围窄且尚未形成一个较为规范的标准体系, 对我国竹质结构工程材料的健康发展产生极大的制约作用, 因此, 构建竹质结构工程材料的标准体系具有重要意义。

关键词：竹质结构工程材料,标准体系,基本框架,构成

近年来, 随着我国“低碳经济”的蓬勃发展, 竹质结构工程材料被广泛应用于与建筑工程相关的室内装饰、建筑结构设计等诸多领域, 且现代竹结构技术已逐步向着产业化的方向发展。目前, 已有6个省 (市) 建成竹质结构工程材料的示范生产线, 共计14条。然而, 由于竹质结构工程材料在生产过程中没有规范的质量控制体系, 在实际应用过程中也缺乏相应的设计和应用规范, 导致生产加工出的大量竹质结构工程材料的强度不稳定、弹性与韧性差、耐冲击性减弱, 不宜被用作工程材料, 极大地阻碍了我国竹结构技术的产业化发展。

为此, 文章基于竹质结构工程材料从竹子到成品形成的产业链角度, 对我国竹质结构工程材料标准的发展现状和问题进行了梳理和总结, 提出了我国竹质结构工程材料标准体系的基本框架, 并基于此, 具体探讨了构建我国竹质结构工程材料标准体系的基本原则和思路, 以期能够对我国竹质结构工程材料标准体系的构建具有一定借鉴作用。

1 我国竹质结构工程材料标准的发展现状

近几年, 虽然我国竹质结构工程材料的发展速度呈下降趋势, 但不可否认, 我国竹材及加工业取得了较为显著的成效。通过检索发现, 截至2012年, 我国共有13项竹质结构工程材料的标准。这13项标准且多集中于产品方面, 而在生产、流通和使用等重要环节涉及较少。通过数据统计分析, 竹质结构工程材料的标准中, 产品类标准比例占到标准总数的69%, 而试验方法类的标准占比15%, 检验规程和技术类标准比例更少, 均只有8%。

另外, 从行业或标准级别的角度划分, 13项竹质结构工程材料的标准中, 有2项为国家级标准, 行业类标准共有11项。其中, 行业标准主要涉及林业行业、建筑行业、铁道行业、出入境检验检疫行业和机械行业共5个行业, 各个行业的标准占比分别为4项、3项、2项、1项和1项。具体标准名称涉及到汽车车厢地板、铁道货车用材、建筑用材等多模块, 如2002年颁布的汽车车厢底板用竹材胶合板、1993年颁布的铁道货车用竹材层压板物力力学性能测试方法, 2007年颁布的建筑用竹材物力力学性能试验方法等。由此, 可以看出, 我国竹质结构工程材料标准不仅相对较少, 而且覆盖范围也相当窄, 各行业内布局比例也不协调。

同时, 从年份看, 最新的标准已是在2008年修订的, 至今已有多年时间。同时, 属于林业行业的标准多是围绕在2000年左右颁布的, 而属于铁道行业、机械行业和出入境检验检疫行业的标准颁布时间更久, 多于1993年左右颁布。可见, 我国竹质结构工程材料标准的更新速度较为缓慢。另外, 竹质结构工程材料标准在竹质结构工程材料的生产、加工、流通、使用、检验等产业环节分布不协调、覆盖范围窄的现状, 预示着构建竹质结构工程材料标准体系已成为亟待解决的重要课题。

2 我国竹质结构工程材料标准体系的基本构成

标准体系即是指针对于特定标的, 按照该标的间内在特有的属性或特征, 将其在一定的适用范围内的标准或基于某些技术组合构成的有机整体。顾名思义, 竹质结构工程材料的标准体系即是按照竹质结构工程材料自身的特点及属性, 将其在一定的适用范围内的标准或基于一定技术, 如建筑工程科学、林产化工科学、植物科学等领域内的标准或专用技术, 组合而形成一个系统、全面、完整、科学的有机整体。因此, 竹质结构工程材料标准体系的基本构成需包含两个基本要素和一个连接点。两个基本要素即是竹质结构工程材料产品和竹质结构工程材料使用或流转范围内的标准或专业技术, 一个连接点即是竹质结构工程材料被应用或流转到的范围, 如建筑工程、林产化工、植物科学等领域内所处的生产加工、设计开发、检验检疫等产业环节。如用于制造竹质结构工程材料的原材料竹, 在采集过程中, 需要利用植物科学领域和材料科学领域的相关专业知识与技术, 则此过程的连接点即是竹质结构工程材料生产形成的整个产业链条中的原材料采集环节。

3 我国竹质结构工程材料标准体系基本框架的构建

3.1 基本框架的构建原则

任何框架体系的构建都需要遵循一定的构建标准和要求, 竹质结构工程材料的标准体系的构建也不例外。文章根据1991年颁布实施的国家级标准———《标准体系表编制原则和要求》来进行竹质结构工程材料标准体系基本框架的构建。因此, 就需要遵循以下四个方面的基本原则:

一是遵循全面性原则。通过对竹质结构工程材料标准化的现状进行充分研究基础上, 得出一个能够使产品各产业环节均有标可依且有规可循的标准体系是我国构建竹质工程材料标准体系的努力方向。因此, 构建竹质工程材料标准体系应本着产品所有环节能够有标可依且有规可循的全面性原则。

二是讲究协调性原则。体系内上下层次、标准之间相互统一且体系之间能够保持协调关系的体系即可称之为是一套合理的标准体系。因此, 竹质结构工程材料标准体系基本框架的构建不仅要注重体系内的统一, 而且也应考虑与我国竹子技术标准体系间的衔接性。

三是注重可操作性原则。可操作性即是衡量一套标准体系有效性的标准之一。如果建立的标准体系不具有可操作性, 则毫无价值科研。

四是致力于发展性原则。任何事物只有与时俱进, 不断更新发展着, 才具有可持续性。因此, 标准体系的构建不仅要考虑近期发展急需, 同时也要注重长远发展的需求, 使所构建的标准体系能够与时俱进, 具有可持续性。

3.2 基本框架的构建思路

如上所述, 竹质结构工程材料标准体系的基本框架包含竹质结构工程材料产品和竹质结构工程材料使用或流转范围内的标准或技术两个基本要素和作为连接点的竹质结构工程材料被应用或流转到诸如建筑工程、林产化工、植物科学等领域时所处的生产加工、设计开发、检验检疫等产业环节。因此, 竹质结构工程材料标准体系的基本框架的构建思路需要分别从两个要素和一个连接点的划分入手。

针对竹质结构工程材料产品而言, 综合考虑竹质结构工程材料产品的用途和结构形式, 按照竹质结构工程材料产品在所构建的标准体系中的功能划分, 将竹质结构工程材料产品分为结构工程竹产品、连接产品和连接主体框架的组件产品。其中, 结构工程竹产品是指具有规定范围内的承载能力的竹材及其相应的人造板制品, 如竹胶合板、竹塑复合材料等。连接产品, 顾名思义, 即是能够用作将竹结构连接起来的胶黏剂、构架连接件等产品。组件产品则是在将竹质工程材料或一些辅助性材料经过特殊设计而制造出来的产品。

针对竹质结构工程材料使用或流转范围内的标准或技术和标准体系的连接点, 主要基于竹质结构工程材料从原材料竹到竹质结构工程材料产成品形成的整个产业链条所经历的阶段或程序划分。因为, 竹质结构工程材料产品的最终形成过程首先从采集原材料竹开始, 通过生产加工, 形成竹质结构工程材料产成品, 产成品在最终运输到施工工程之前, 要经过检验检疫和设计包装。因此, 竹质结构工程材料产品的形成一般要经过原材料的采收、竹质结构工程材料的生产、加工以及外观和功能结构的设计与新产品的开发、设备质量控制、材料的检验检疫等程序, 所涉及到植物科学、建筑工程科学、材料科学等领域的标准或专业技术。

3.3 基本框架的内容

综上所述, 文章将竹质结构工程材料标准体系基本框架的具体内容总结如下:

竹质结构工程材料产品:结构工程竹产品、连接产品和连接主体框架的组件产品。

竹质结构工程材料使用或流转范围内的标准或技术:植物科学、材料科学、建筑工程、林产化工及其他科学技术。

连接点———竹质结构工程材料被应用或流转到植物科学、材料科学、建筑工程、林产化工及其他科学领域时所处的原材料采收、外观和功能结构的设计与新产品的开发、设备质量控制、材料的检验检疫等产业环节。

4 结束语

竹质结构工程材料标准体系的基本框架体现了标准体系的整体结构和构建思路, 既要遵循全面性、协调性、可操作性和发展性的原则, 以确保构建的竹质结构工程材料标准体系基本框架的实效, 又要考虑竹质结构工程材料本身的属性和特点、总体技术要求以及生产程序, 以产业角度来宏观整体把控, 微观局部协调。面对我国竹产业蓬勃发展态势, 而竹产品标准不一、质量参差不齐的矛盾现状, 为推动竹产业的健康可持续的发展, 构建规范、全面、协调、具有较强可操作性和良好发展性的竹质结构工程材料标准体系已是当务之急。

参考文献

[1]李辉, 李新功, 等.我国竹质结构工程材料标准体系基本框架初探[J].林产工业, 2013, 20 (4) .

竹质材料篇2

假定竹材为各向同性材料, 利用MIDAS/Gen建立数值模型。通过调整数值模型竹材的弹性模量可使数值模型与实际模型的自振频率相等;通过调整数值模型阻尼比可使数值模型与实际模型的加速度时程数据最大值相等。由此方案建立的数值模型为进一步的结构模型动力学研究提供了参考。

1振动台试验

1.1试验参数

1.1.1试验模型

模型用0.35 mm厚本色侧压双层复压竹皮和502胶水制作, 胶水层厚度为0.1 mm, 考虑胶水层的竹材 (以下简称竹材) 容重测试结果为9.3×10-6N/mm3。竹质框架模型共三层, 底层层高240 mm, 二层和三层层高均为480 mm, 平面柱网尺寸为240mm×200 mm, 柱与梁均为箱型截面 (长×宽×厚=10 mm×10 mm×0.8 mm) , 楼面板和屋面板均为0.8 mm厚, 模型立体网线尺寸及楼层定义见图1。用热熔胶将竹质框架与330 mm×330 mm×8 mm竹质底板连接, 竹质底板与振动台之间用螺栓连接。振动台为北京波谱世纪科技发展有限公司生产的8通道WS—Z30—50小型精密振动台, 试验分别测试台面、模型三层楼面和顶面的加速度时程数据。试验装置照片见图2。

1.1.2荷载和地震作用

各楼层铁块荷载为:台面和二层楼面空载, 三层楼面4.661 kg, 顶面2.238 kg。

地震作用采用单向加载, 加载方向为X轴方向 (见图1) 。输入的地震波为汶川波, 取自2008年汶川地震中什邡八角站记录的南北方向加速度时程数据, 原始记录数据点时间间隔为1/200 s,

全部波形时长为205 s, 峰值加速度5.81 m/s2。模型试验截取原始记录中10~42 s区间内的数据, 通过调整数据点时间间隔和加速度幅值得到三种不同振动强度的汶川地震波:第一级汶川波数据点时间间隔为1/200 s, 峰值加速度为0.57 m/s2;第二级汶川波数据点时间间隔为1/250 s, 峰值加速度为0.86 m/s2;第三级汶川波数据点时间间隔为1/300 s, 峰值加速度为1.00 m/s2。其中, 调整后的第三级汶川波加速度时程曲线见图3。

1.2试验加载工况

在进行汶川波加载前, 先用白噪声激振法测试框架结构模型 (含铁块荷载, 简称实际模型) 的自振频率[2], 白噪声激振频率为0~20 Hz, 激励通道为台面通道。试验进行了3种工况的测试。

工况1:模型自重+铁块荷载+第一级汶川波;

工况2:模型自重+铁块荷载+第二级汶川波;

工况3:模型自重+铁块荷载+第三级汶川波。

1.3试验结果

振动台输入白噪声测试得到实际模型的基本频率为1.59 Hz, 第二频率为4.64 Hz (见图4) 。

为了便于与数值仿真结果的加速度时程曲线走势比较, 给出测试的各工况顶面加速度时程曲线。测试的各工况三层楼面和顶面峰值加速度值及其发生时刻见表1。测试的工况1、工况2和工况3实际模型顶面加速度时程曲线分别见图5~图7。

2数值仿真模拟

采用MIDAS/Gen软件建立数值模型, 模型几何尺寸、竹材容重和铁块荷载取值均与实际模型相同, 竹材的弹性模量初始值和所有振型的阻尼比初始值分别取10 000 N/mm2和0.012, 底端四个柱脚边界条件按固结考虑。在小型振动台试验中, 由于上部结构的作用, 台面加速度时程数据实际测试值与理论输入值不相等。为了使数值仿真模拟结果更可靠, 各工况仿真分析所取的地面加速度分别采用振动台试验测试的台面加速度时程数据。建模后, 首先作特征值分析, 然后输入地震波进行线性时程分析。

由于各工况测试的加速度均为绝对加速度, 为便于直接对比, 三层框架模型仿真分析的振动方程用绝对坐标表示为

忽略模型制作误差, 在认为数值模型与实际模型的几何尺寸和荷载相同的条件下, 根据各参数对自振频率计算结果的影响[3], 若要求各振型数值模型与实际模型的自振频率对应相等, 则仿真分析的可调参数仅限于竹材的弹性模量。另外, 为了使数值模型与实际模型对应部位的最大值加速度值相等, 则可以通过调整数值模型所有振型的阻尼比来实现。仿真分析流程见图8。图中, f0为计算的数值模型自振基本频率, f为测试的实际模型自振基本频率, amax0为计算的数值模型顶面最大绝对加速度, amax为测试的实际模型顶面最大绝对加速度。

利用MIDAS/Gen按图8操作, 竹材的弹性模量最终调整结果为8.805×103N/mm2, 此时, 计算的数值模型在X方向的自振基本频率等于测试的实际模型自振基本频率值1.59 Hz, 计算的数值模型在X方向的第二振型自振频率为4.64 Hz, 也与测试结果吻合;工况1的最终调整结果为ζ=0.027 5, 工况2的最终调整结果为ζ=0.028 8, 工况3的最终调整结果为ζ=0.040 6。计算的工况1、工况2和工况3数值模型顶面加速度时程曲线分别见图9~图11。

各工况数值模型与实际模型的三层楼面和顶面峰值加速度及其发生时刻对比见表1。由数值模型与实际模型顶面加速度时程曲线的对比和表1可知, 数值仿真模拟的精确度较高。

在数值仿真模拟结果比较精确的情况下, 各工况阻尼比并不相同, 其值随地震波振动强度的增大而增大, 文献[4]的实验数据和理论分析同样证实了这一结论, 阻尼比取值与振动强度的关系曲线见图12。

3结论

数值仿真模拟方案建立的数值模型为进一步的结构模型动力学研究提供了参考。通过三层竹质框架模型振动台试验的数值仿真模拟得出以下结论:

(1) 在弹性工作条件下, 分别通过调整数值模型竹材的弹性模量和阻尼比, 使数值模型与实际模型的自振频率和加速度时程数据最大值相等可以得到较高精度的动力学仿真效果。

(2) 数值仿真模拟工作间接确定了竹材弹性模量和结构阻尼比, 确保了弹性模量和阻尼比取值的有效性。

(3) 在数值仿真模拟结果比较精确的情况下, 证实了结构的阻尼比取值随地震波振动强度的增大而增大的结论。

摘要：为了确保进一步研究设置耗能减振装置结构仿真分析的可靠性, 首先借助于小型振动台, 对无耗能减振装置的三层竹质框架模型进行了振动台试验, 测试了实际模型的自振频率和不同测点加速度时程数据。其次利用有限元计算软件MIDAS/Gen建立竹质框架数值模型, 分别通过调整数值模型竹材的弹性模量和阻尼比, 使数值模型与实际模型的自振频率和加速度时程数据最大值相等的方式进行数值仿真研究。仿真研究得到的数值模型与实际模型的加速度时程曲线吻合良好, 证实了结构的阻尼比取值随地震波振动强度的增大而增大的结论。

关键词：竹质框架,振动台试验,加速度,仿真模拟

参考文献

[1] 蒋玉川, 傅昶彬, 阎慧群.MIDAS在结构计算中的应用.北京:化学工业出版社, 2011:177—220

[2] 庄表中.白噪声及其作为激振信号的应用.力学与实践, 1987; (5) :32—35

[3] 王社良.抗震结构设计.抗震结构设计 (第4版) .武汉:武汉理工大学出版社, 2012:37—47

竹质材料篇3

该设施包含十间教室、一个食堂、一系列室内和户外休闲区、半私人的艺术空间、急救室、行政办公室、菜园、水景、公共剧院以及市民广场,能够为300名0到5岁的儿童、100名孕妇以及200名新生儿提供食物、教育和卫生服务。丰富的便利设施使“El Guadual”成为了一个新的活动中心,进一步拉近了周边社区之间的关系。

课堂中含有各种障碍以及多变的因素,使整个教学过程变成了一个充满挑战与乐趣的互动体验。这些设计参考了“Reggio Emilia”教学系统。“Reggio Emilia”教学系统是一个使用数据构成的心理理论模型。比如Lev Vygotsky与Jean Piaget将证明孩子们的想法能够主导他们的学习,而他们的想法极大程度上取决于他们与他人及周围环境之间的关系。因此,设计师们通过使用山丘、桥梁、楼梯以及滑动门窗将配对的空间连接起来,从而通过建筑物营造一种促进决断思维以及个人发展的氛围。

竹质材料篇4

关键词：磷酸,废弃毛竹,活性炭,表面改性

活性炭是黑色粉末状或颗粒状无定型炭,具有发达的孔结构,在活化时产生碳组织缺陷,因此具有比表面积大,较强的还原性和吸附能力,作为还原剂、吸附剂、载体等在石化、电力、化工、食品、环保、黄金等行业得到广泛的应用[1]。

活性炭的性能决定于制备时使用的原材料和活化工艺。原料通常是富含碳的物质,主要可分为两个大类——植物类和矿物类。活性炭的制备过程分为两个阶段——炭化和活化,其中活化过程最为关键,分为物理活化和化学活化两大类[2]。物理活化通常包括炭化除去可挥发性成分和用氧化性气体活化两个步骤。而在化学活化法中,其所用原料和活化剂的不同,制造的方法也不同,但是其工艺的过程大致一样,都是在原料中加入化学试剂,以便对原料进行一步炭化和活化。通常所用的化学试剂有碱金属(如KOH)、碱土金属(如ZnCl2)和一些酸(如H3PO4)等[3],而磷酸活化法是一种活化温度较低、污染较少的方法,它以经济和环保而广受好评。近年来,以磷酸活化法制备活性炭的原材料通常有木屑、烟草杆、竹子等[4,5,6,7]。

利用活性炭负载过渡金属氧化物能在一定意义上提高产品作为催化剂、电极材料的应用价值[8,9,10],而有关负载后对吸附性能的影响研究却未见报道。金属氧化物预处理使活性炭的 BET 比表面积略有增加[9],因此适宜的处理工艺有望提高其吸附性。竹子具有生长速度快,产量高,用途广以及经济效益好等优点[11],本实验选取毛竹废料为原料,采用磷酸活化法制备活性炭,再用过渡金属氧化物对其二次活化改性,研究了其制备和改性工艺,以期获得强吸附性的活性炭产品。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

1.1.1 材料与试剂

毛竹废料(贺州市八步区废弃的毛竹)、磷酸、硝酸、盐酸、硝酸钴、亚甲基蓝均为分析纯试剂。

1.1.2 主要仪器设备

高速万能粉碎机(FW100型)天津市泰斯特仪器有限公司;数显式电热恒温水浴锅(XMTD—204),上海博讯实业有限公司医疗设备厂;722型可见分光光度计(KJ0510120704)上海光谱仪器有限公司;马弗炉(DR2—8D)天津市华北实验电炉厂;电热鼓风干燥箱(DGF—30/14—IIA)绍兴市沪越科学实验仪器厂;循环水式多用真空泵(SHB—Ⅲ)郑州长城科工贸有限公司;电子调温电热套(98—1—B型)天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 磷酸法竹质活性炭的制备

将竹质废料用高速万能粉碎机粉碎成粉末后将其放在烘箱中烘干。称取6 g干竹屑粉末于50 mL烧杯中,并按不同的浸渍比往其中加入不同质量分数的磷酸,在水浴锅中100 ℃下浸渍1 h,然后将磷酸竹子混合物料置于电热套中预处理,再将其置于马弗炉中以一定的升温速率先升温至200 ℃,恒温1 h,再升温至活化终温,活化一定时间。活化结束后,冷却至室温,在循环水式真空泵抽滤作用下用0.1 mol/L盐酸25 mL洗去多余的活化剂,再用去离子水反复洗涤至滤液为中性,最后将其烘干、冷却即得活性炭样品。

1.2.2 改性竹质活性炭的制备

称取一定量上述活性炭放入烧杯中,量取适量1%的HNO3溶液加入烧杯,以刚好覆盖样品颗粒为宜,浸渍12 h。然后将样品放置在110 ℃的烘箱中干燥12 h除去挥发性物质。之后再取出活性炭样品,以浸渍比1.5∶5 g/mL(活性炭质量与硝酸钴体积比)量取一定体积不同浓度硝酸钴的水溶液加入其中并浸渍一定时间,在烘箱中100 ℃干燥至恒重后置于马弗炉中于400 ℃焙烧3 h,冷却即得改性活性炭。

1.3 测试方法

亚甲基蓝脱色力的测定根据GB/T12496.1—12496.22—90标准测定,其中所用亚甲基蓝溶液浓度为0.15%(g/L),脱色力单位为mL/g。

2 结果与讨论

2.1 竹质活性炭的制备

2.1.1 正交实验

以单因素实验为参考,选择用磷酸法制备竹质活性炭条件的范围:磷酸浓度为75%—85%;浸渍比为6∶15(g/g)—6∶17(g/g);活化时间为2.5 h—3.5 h;活化温度为450 ℃—550 ℃进行实验,因素水平设计如表1所示,实验及结果分析如表2所示。由表2的结果表明,各因素对活性炭性能的影响大小次序为:活化时间,磷酸浓度和浸渍比,活化温度。正交结果的最优组合为A2B3C1D3,与正交表中最好一组的实验条件完全一致,故可确定最佳制备条件为A2B3C1D3,即制备时的磷酸浓度为80%,浸渍比为6∶17 g/g,活化时间为2.5 h,活化温度为550 ℃。

2.1.2 验证实验

在上述最优条件下进行五次重复实验制得的竹质活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力波动幅度不大,具有可靠性。平均值648 mL/g,和6#实验比较,可能是由于实验操作和实验仪器引起的误差。故制备竹质活性炭的最优实验条件为磷酸浓度为80%、浸渍比为6∶17(g/g)、活化时间为2.5 h、活化温度为550 ℃。

2.2 竹质活性炭的改性

为了进一步提高竹质活性炭的比表面积,采用硝酸钴高温分解所得氧化钴对竹质活性炭进行改性[9]。参考文献固定浸渍比1.5∶5 g/mL(活性炭质量与硝酸钴体积比),烘烤温度为400 ℃,烘烤时间为3 h,对硝酸钴溶液的浓度和改性时间对产品性能的影响进行研究。

2.2.1 硝酸钴溶液浓度的影响

固定浸渍改性时间为90 min,改变硝酸钴溶液的浓度(硝酸钴在水溶液中的百分含量),测得其改性数据如图1所示。

由图1可以看出,随着硝酸钴溶液浓度的增大,活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力先增加后减小。当硝酸钴溶液浓度达到7.5%时,活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力为最大,达1 050 mL/g。在硝酸钴溶液的浓度达到7.5%前,脱色力随硝酸钴溶液浓度的增大而增大的原因是随着硝酸钴溶液浓度的增大,进入毛竹内部的硝酸钴溶液分子越多,升温分解成的氧化钴分子越多,活化反应越充分,改性效果越好,即改性产品对亚甲基蓝溶液的脱色力越大。当硝酸钴溶液的浓度达到7.5%时,硝酸钴溶液对活性炭的改性最好。超过7.5%后,随着浓度的增大,进入的硝酸钴溶液越多,其强氧化性破坏了活性炭的内部结构,影响了其性能。故较佳硝酸钴溶液浓度为7.5%。

2.2.2 改性时间的影响

当固定硝酸钴溶液的浓度7.5%时,改变改性时间,测得其改性数据如图2所示。

由图2可以看出,随着改性时间的延长,活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力先增加后减小。当改性时间为90 min时,活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力最大,达640 mL/g。在改性时间达到90 min前,脱色力随改性时间的延长而增大的原因是随着改性时间的延长,升温分解成的氧化钴分子越多,改性反应越充分,改性效果越好,即改性产品对亚甲基蓝溶液的脱色力越大。当改性时间达到90 min时,对活性炭的改性效果最好。超过90 min后,随着改性时间的延长,硝酸钴溶液升温分解成的氧化钴越多,其强氧化性破坏了活性炭的内部结构,影响了其性能。故较佳改性时间为90 min。

以上结果表明,其较佳改性条件为:浸渍比1.5∶5 g/mL(活性炭质量与硝酸钴体积比),烘烤温度为400 ℃,烘烤时间为3 h,硝酸钴溶液的浓度为7.5%,改性时间为90 min。

2.2.3 产品的性能分析

在改性剂用量为7.5%,浸渍时间为90 min,烘烤温度为400 ℃,烘烤时间为3 h的工艺条件下制备改性活性炭,测定其对亚甲基蓝溶液的脱色力值,并与未改性的活性炭以及化学纯活性炭作比较,结果见表3所示。

由表3可以看出,磷酸法制备的未改性活性炭比化学纯活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力增强,而经过表面二次活化处理的竹质活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力明显较前面两种活性炭增大。这是因为高浓度磷酸浸渍有利于活性炭空隙的发展,而高温浸渍可促进原料对磷酸分子的吸收,从而增大了活性炭的比表面积和空隙体积结构。而二次活化处理进一步增大比表面积以及中孔体积,进而使得改性产品对亚甲基蓝溶液的脱色力明显增加。由此可见,改性剂氧化钴改性竹质活性炭取得较好的改性效果。

3 结论

(1)通过竹质活性炭制备的正交实验得出四个因素对活性炭制备的影响主次顺序为:最大为活化时间,其次为磷酸浓度、浸渍比,最小为活化温度。

(2)制备竹质活性炭的最佳工艺条件为: 磷酸浓度为80%、浸渍比为6∶17(g/g)、活化时间为2.5 h、活化温度550 ℃。在此条件下制备的活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力值为650 mL/g。

(3)改性竹质活性炭的相对较优工艺条件为:改性剂用量为7.5%,浸渍时间为90 min,烘烤温度为400 ℃,烘烤时间为3h,在此条件下改性的活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力值为1 150 mL/g。

对比(2)(3)条件下的竹质活性炭对亚甲基蓝溶液的脱色力可以得出,氧化钴改性活性炭,提高了其对亚甲基蓝溶液的脱色力,说明氧化钴可以对活性炭进行表面改性,并且改性结果达到预期效果。可见,对竹质活性炭进行表面改性处理是改善其性能,提高其使用价值和开拓领域的有效技术手段。

参考文献

[1]梁大明.中国煤质活性炭.北京:化学工业出版社,2012

[2]易四勇,王先友,李娜,等.活性炭活化处理技术的研究进展.材料导报,2008;22(3):72—75

[3]姚金花,边守军,李明.超级活性炭的研究进展.化学推进与高分子材料,1999;(5):15—18

[4]王玉新,刘聪敏,周亚平.竹质中孔活性炭的制备及其吸附性能研究.功能材料,2008;39(3):420—423

[5]张会平,叶李艺,杨立春.磷酸活化法活性炭的吸附性能和孔结构特性.化工进展,2004;23(5):524—528

[6]张利波,彭金辉,张世敏,等.磷酸活化烟草杆制备中孔活性炭的研究.化学工业与工程技术,2006;27(2):1—5