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304秸秆等农林废弃物制备活性炭及其吸附性能研究
◎杨嘉玥 顾佳怡 姜淮莉
摘要：以稻壳，花生壳，玉米秸秆，稻谷秸秆农林废弃物为原材料，通过氯化锌活化法，磷酸法，KOH活化法，氯化钙活化法及脱硅活化法制备生物质活性炭材料。探究制备活性炭的产率及活性炭在不同活化剂作用下对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明，KOH＋稻谷秸秆组合下的活性炭吸附效果最佳，在其投加量为30mg/L，吸附时间为2h，实验温度为30℃时，吸附量为63.36 mg/g，平衡浓度为2.1 c/mg·L，去除率为85.85%。
关键词：活性炭；秸秆；农林废弃物；吸附量
活性炭具有疏松多孔，比表面积大的特质，能有效去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，在工业，医疗，污水处理等领域应用广泛。而我国作为一个农业大国，在生产稻谷等农作物时会产生大量秸秆，稻壳等农林废弃物，其大多被直接丢弃和焚烧还田，造成资源浪费及环境污染。利用其农林废弃物制备活性炭在相比于煤，木材等传统材料制备不但价格低廉节约成本，还可以起到还田改良土壤肥力作用，实现资源最大化利用。本文以稻壳，花生壳，玉米秸秆，稻谷秸秆为原材料，通过氯化锌活化法，
KOH活化法，氯化钙活化法，磷酸活化法及脱硅活化法制备生物质活性炭，通过对亚甲基蓝的吸附测定，进一步探究吸附过程中的吸附性能，筛选出最佳“农林废弃物+活化剂”，分析其对有机污染物的吸附可行性。
一、实验部分
（1）仪器与试剂。仪器：KER-F100A型密闭式制样粉碎机，河南兄弟仪器设备有限公司；THZ-C型恒温振荡器，太仓市强文实验设备有限公司；UV-5500型紫外可见光分光光度计，上海元析仪器有限公司；AI-518P(V7.1)程序型智能调节器，厦门宇电自动化科技有限公司。试剂：亚甲基蓝溶液，20mg/L；氯化锌溶液，60%；盐酸溶液，0.1mol/L；氯化锌溶液，0.5mol/L；氯化铜溶液，0.4mol/L；磷酸溶液，60%；氯化钙溶液，10%；氢氧化钾溶液，10%。实验所用试剂均为AR分析纯，实验用水为去离子水。（2）原料。稻壳等农林废弃物均取自江苏省丹阳市学校周边。粉碎研磨过200目筛，置于2％NaoH溶液浸泡48h后用蒸馏水洗涤至中性，干燥备用。（3）活性炭的制备。①氯化锌活化法。称取10g干燥原材料于烧杯中，加入60%的ZnCl2溶液搅拌均匀，浸渍12h后，放入30ml瓷坩埚中，置于高温管式炉内利用程序升温至600℃ 保温2h后冷却至室温，得到氯化锌生物质活性炭，将活性炭用0.1mol/L盐酸和去离子水洗涤至中性，干燥备用。
②脱硅活化法。称取10g干燥原材料于烧杯中，加入0.5mol/L的ZnCl2和
0.4mol/L的CuCl2混合溶液搅拌均匀，浸渍24h后，放入30ml瓷坩埚中，置于高温管式炉内利用程序升温至600℃ 保温2h后冷却至室温，得到脱硅生物质活性炭，将活性炭用0.1mol/L盐酸和去离子水洗涤至中性，干燥备用。(KOH活化法、磷酸活化法、氯化钙活化法同上）（4）吸附实验。①吸附量和去除率的测定。
吸附量：
式中    Q e——吸附量，mg/g；
C0——有机物的初始浓度，mg/L;
C e——吸附后有机物的平衡浓度，mg/L;
V——有机物的体积，L;
m——活性炭的添加量，g。
去除率：
式中    R——去除率，%；
C0——有机物的初始浓度，mg/L;
C e——吸附后有机物的平衡浓度，mg/L。
②活性炭添加量对活性炭吸附亚甲基蓝的影响。将10g活性炭分别以30mg，60mg，90mg，120mg，180mg添加至150ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，放入恒温振荡箱中以150r/min的速率在30℃下振荡吸附2h，采用上清液在660nm处的紫外分光光度计测定其吸光度。根据已测的标准曲线y=0.1638x-0.015，R2=0.9909分别计算平衡浓度及吸附量。吸附量按照式（1）计算。
二、结果与讨论
（1）工艺分析。从图1中可以看出，花生壳炭，稻壳炭和稻谷秸秆炭使用KOH溶液作为浸渍液时，对污染物去除率都达到了最高，分别是60.91%、60.03%、85.85%；而玉米秸秆炭是使用氯化锌为浸渍液时对污染物去除率最高，达到了84.53%，但使用KOH溶液浸渍时的去除率仅比氯化锌溶液低了1.03%。因此，这五种工艺中，用KOH溶液浸泡得到的活
性炭吸附性能最好。
图 1 不同工艺下去除率的比较
（2）原料分析。由图1可知，当浸渍液为氯化锌、磷酸、脱硅活化时，玉米秸秆炭对污染物去除率是最高的，分别为84.53%、82.13%、78.93%；浸渍液为氯化钙和KOH溶液时，稻谷秸秆炭对污染物吸附性能是最好的，去除率分别为66.26%、85.85%，而此时玉米秸秆炭的去除率较稻谷秸秆炭分别低了0.75%、2.35%。因此综合来看，这四种原料中玉米秸秆制备出的活性炭吸附性能优于其他三种。
（3）投加量的影响。在实验温度为30℃，震荡速度为150r/min，吸附时间为2h的条件下，测定投加量为30、60、90、120、180mg/L时活
性炭对污染物的去除率。
图2 不同投加量的去除率对比
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是明确确立行为标准之观点。[17]因为据《解释》第22条，检察院在提起环境公益诉讼时既需提交行政机关不依法履责的材料，也需提交因被告原因导致公益受损之材料，因此综上，我认为检察院在诉前程序中对行为和结果均需做考虑从而建立一混合标准。具体而言，若行政机关未改正原行为所包含的违法或消极不作为因素时，则无须考虑结果，直接认定为未依法履责；当行政机关已改正且环境公益得到保护时，则认定其已依法履责；若行政机关做出了改正行为但环境公益仍受侵害时则应考察是否有诉的利益——当行政机关已用尽救济手段但环境公益仍受损时，即使进行公益诉讼也无助于环境保护与实现环境公益诉讼之目的，则不具诉的利益，应认定行政机关已依法履责，若仍具诉的利益，则应认定其未依法履责。
（四）合理设置履责期限，增强期限规定弹性
由于环境问题有其自身之特殊性、复杂性、周期性，每个地区实际情况也不尽相同，“一刀切”地规定行政机关的履责期限实有不妥，有必要增强期限弹性。总体来看，需对案件进行分类处理，综合考量自然条件限制、行政机关依法履责必需之时间及在各部门配合时所需的协调时间等因素，结合案件复杂程度科学设置履责期限，不拘泥于2个月之规定。具体而言，可将履职期限规定分为两类：第一类即为有关履职期限的一般性规定；第二类即为履职期限在特殊情况下的弹性运用。有学者已对这两类内容进行了精细化研究，将其细化为多个子部分，可操作性较强，司法实践可借鉴适用。
[17]
四、结语
环境问题如今愈发受到重视，诉前程序在环境保护方面发挥了重要作用，与其相关的法律法规也在逐步出台。但总体来看，我国有关诉前程序的规定仍较原则、基础且在法律层面上罕有提及，多散见于各司法解释中，未来应加大对其重视力度，尽快提升有关规定的法律位阶并实现规范统一。此外，在司法实践中，由于规定不完备及经验尚显不足等原因，诉前程序仍有诸多问题亟待解决。本文有感于此，在对诉前程序进行理论探析的基础上指出其所存问题，针对性地提出了解决建议，以期为我国诉前程序的完善和环保事业的发展尽些许微薄之力。
（作者单位：中央财经大学 法学院）
作者简介：王秋平（1997-），男，硕士研究生，研究方向为宪法学与行政法学。
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图3 不同投加量的去除率对比
实验结果如图2、3所示，可以看出，随着投加量地慢慢增加，所有活性炭对污染物的去除率都上升了。氯化锌、KOH、磷酸的玉米秸秆炭在投加量为60mg/L 时吸附基本达到饱和；KOH 的稻谷和玉米秸秆炭在投加量为60mg/L 时吸附也达到了饱和。
三、结论
（1）通过比较研究发现，此次实验中制备出最好吸附性能的活性炭的原料和浸泡溶液分别是玉米秸秆、KOH。
（2）使用KOH 溶液浸泡的稻谷秸秆最终制备出了吸附性能最好的活性炭，在其投加量为30mg/L，吸附时间为2h，实验温度为30℃时，KOH 稻谷秸秆炭对污染物的吸附量达到了63.36mg/g，平衡浓度为2.1 c/mg·L，去除率为85.85%。
（作者单位：南京师范大学中北学院）
作者简介：杨嘉玥(1998-)，女，本科，研究方向为新型炭材料；顾佳怡(1999-)，女，本科，研究方向为新型炭材料。
通讯作者简介：姜淮莉（1984-），女，硕士研究生，讲师，研究方向为城市水生态修复，固体废物处理处置。
李梦个人资料简介
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