【摘要】：竹炭是竹材在無氧或缺氧條件下高溫?zé)峤獾玫降漠a(chǎn)物,竹炭產(chǎn)業(yè)在我國已初具規(guī)模,開發(fā)了許多產(chǎn)品,但在飲用水用竹炭領(lǐng)域存在市場先行研究滯后,竹炭本身的重金屬含量,礦物質(zhì)含量,飲用水應(yīng)用情況及其作用機(jī)理鮮有報(bào)道,通過這些研究可為飲用水竹炭的生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。本文選用不同立地條件、部位、竹齡的毛竹,在炭化溫度650℃/750℃,反應(yīng)時(shí)間3 h/5 h炭化工藝條件下,按照L9(34)×L4(23)正交乘積法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,在機(jī)械炭化爐中制得竹炭;采用比表面積測定儀、電感耦合等離子光譜發(fā)射光譜儀等儀器,參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)其灰分、揮發(fā)分、固定碳、密度、比表面積和溶解pH值等理化性能及微量元素含量進(jìn)行測試、分析和比較,得出各因素及其相互間交互作用的影響;從中篩選出不同重金屬含量的幾組竹炭進(jìn)行飲用水應(yīng)用試驗(yàn),從煮水炭水比例、沸騰時(shí)間、循環(huán)次數(shù)、水質(zhì),沸水沖泡及常溫浸漬等諸因素考慮試驗(yàn),最終獲得竹炭飲用水應(yīng)用的最佳工藝;并利用傅立葉紅外光譜儀、孔隙度測試分析儀、超景深三維顯微鏡和粉末X-射線衍射儀,分別對(duì)竹炭煮水前后官能團(tuán)變化、微觀結(jié)構(gòu)變化及晶體結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了表征與分析,初步探索了竹炭飲用水應(yīng)用作用機(jī)理。研究結(jié)果表明:不同因素對(duì)竹炭的理化性能及微量元素含量有不同程度的影響,竹炭應(yīng)用于飲用水主要受常量元素溶解量及溶解焦油量的影響,而與竹炭本身重金屬含量影響小,自身重金屬幾乎不會(huì)溶解到水中。(1)在本試驗(yàn)條件下,炭化工藝與原料條件及其交互作用對(duì)竹炭灰分、揮發(fā)分及固定碳有不同程度的影響,未經(jīng)營的毛竹稍部在750℃/3 h下炭化時(shí)灰分含量較少;反應(yīng)時(shí)間5 h時(shí)揮發(fā)分含量較少;炭化溫度750℃時(shí)固定碳含量比650℃的高。本試驗(yàn)竹炭的密度在0.367-0.705 g·cm-3之間,主要與毛竹部位的選擇有關(guān)。本試驗(yàn)竹炭比表面積受炭化溫度的影響明顯,也與毛竹部位的選擇和反應(yīng)時(shí)間大小有關(guān),毛竹稍部在750℃/3 h下炭化比表面積較大。本試驗(yàn)竹炭的溶解pH值在7.02-9.57之間,均屬于堿性,適合飲用水應(yīng)用。(2)毛竹砷(As)、鉛(Pb)、鎘(Cd)含量及鉀(K)、鈣(Ca)、鈉(Na)、鎂(Mg)、磷(P)、硫(S)常量元素總含量隨竹齡的增加而增加,從稍部到基部依次增加,且與土壤中含量密切相關(guān);各因素影響程度從大到小均依次為立地條件、毛竹部位和竹齡。毛竹炭化后其As、Pb、Cd含量及常量元素總含量都有一定程度的降低,炭化工藝與原料條件及其交互作用有不同程度的影響,未經(jīng)營的毛竹稍部在750℃/3 h下炭化As、Pb、Cd含量較少。毛竹基部在650℃/5 h的條件下炭化常量元素總含量較高。(3)竹炭用于自來水煮水、沖泡或浸漬,持續(xù)煮水或循環(huán)煮水,用于超純水、礦物質(zhì)水及自來水煮水,其飲用水微量元素指標(biāo)均符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006,竹炭煮水或沸水沖泡后自來水常量元素總含量增加明顯,焦油含量也增加,竹炭煮水或沸水沖泡的較佳炭水比例為1:75。隨著竹炭常溫浸漬時(shí)間或煮水沸騰時(shí)間的增加,常量元素總含量增加明顯,同時(shí)焦油含量也增加,竹炭常溫浸漬飲用水3 h前飲用較佳;沸騰時(shí)間應(yīng)盡量不超過30 min。隨著竹炭煮水的循環(huán)使用,對(duì)焦油的溶解量降低,竹炭煮水至少可循環(huán)使用4次。竹炭對(duì)不同水質(zhì)中微量元素吸附溶解量不同,會(huì)溶解常量元素和少量的焦油,從而增加水質(zhì)的色度和濁度,但影響不大,滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 5749-2006;同時(shí)竹炭煮水可以吸附自來水中的余氯。(4)傅立葉紅外光譜儀對(duì)竹炭煮水前后官能團(tuán)分析表明,竹炭中可能存在醇或酚中締合的-OH,它在酸性條件下,與溶液中的H+作用而形成-OH2+等酸性官能團(tuán)正離子而發(fā)生化學(xué)吸附;煮水對(duì)竹炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響不大。利用比表面積及孔隙度分析儀對(duì)竹炭煮水前后孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,竹炭煮水后其比表面積提高,平均孔徑變小,比孔容增加。用超景深三維顯微鏡對(duì)竹炭煮水前后孔隙進(jìn)行了觀測,發(fā)現(xiàn)許多裂紋,這些裂紋可能是竹炭孔隙結(jié)構(gòu)中的中孔及微孔,起到了主要的物理吸附作用。竹炭煮水前后XRD分析表明,竹炭煮水前后本身組成總體上變化較小,推測竹炭煮水以物理變化為主,兼具少量化學(xué)變化,即竹炭可以循環(huán)重復(fù)應(yīng)用于飲用水煮水。綜合分析本試驗(yàn)竹炭理化性能和微量元素含量及飲用水應(yīng)用試驗(yàn),飲用水用竹炭的較佳生產(chǎn)工藝為未經(jīng)營的毛竹基部在650℃/5 h下炭化,可以應(yīng)用于純水、礦物質(zhì)水及自來水等,應(yīng)用方法可以是煮水、沸水沖泡和常溫浸漬,工藝以炭水比例1:75,煮水沸騰時(shí)間不超過30 min,煮水循環(huán)使用4次以上,常溫浸漬3 h前飲用為佳。
[Abstract]:Bamboo charcoal is the product of bamboo pyrolysis under anaerobic or anoxic conditions at high temperature. Bamboo charcoal industry has taken shape in China and developed many products. However, in the field of bamboo charcoal for drinking water, the market research lags behind. The heavy metal content, mineral content of bamboo charcoal itself, the application of drinking water and its mechanism of action are rarely reported. In this paper, bamboo charcoal from different site conditions, locations and bamboo ages was prepared by orthogonal product method of L9(34)*L4(23) in a mechanical carbonization furnace under the carbonization conditions of 650 C/750 C and reaction time of 3 h/5 H. The physical and chemical properties of ash, volatile matter, fixed carbon, density, specific surface area and dissolved pH value and the content of trace elements were tested and analyzed respectively according to the relevant national standards by ICP-AES, ICP-AES and other instruments. Several groups of bamboo charcoal with metal content were tested in drinking water, including the ratio of boiled charcoal to water, boiling time, cycle times, water quality, boiling water immersion and room temperature impregnation, and the optimum process for bamboo charcoal drinking water was obtained. The changes of functional groups, microstructure and crystal structure of bamboo charcoal before and after boiling were characterized and analyzed by powder X-ray diffraction. The application mechanism of bamboo charcoal in drinking water was preliminarily explored. Water is mainly affected by the solubility of major elements and the amount of dissolved tar, but the content of heavy metals in bamboo charcoal has little effect, and the heavy metals in bamboo charcoal can hardly dissolve into water. (1) Under the experimental conditions, the carbonization process and raw material conditions and their interaction have different degrees of influence on ash, volatile matter and fixed carbon of bamboo charcoal, and the wool without operation. The density of bamboo charcoal was between 0.367 and 0.705 g.cm-3, which was mainly related to the selection of bamboo parts. The specific surface area of bamboo slices is larger at 750 C/3 H. The pH value of bamboo charcoal is between 7.02 and 9.57, which is alkaline and suitable for drinking water. (2) The contents of As, Pb, Cd, K, Ca, Na, Mg, P and S in Phyllostachys pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescens var. pubescen The content of As, Pb, Cd and the total content of major elements of Phyllostachys pubescens decreased to a certain extent after carbonization, and the interaction between carbonization process and raw material conditions and their interactions. The content of As, Pb and Cd in the base of the bamboo is higher than that in the base of the bamboo. 3. Bamboo charcoal is used for tap water boiling, brewing or impregnating, continuous boiling or circulating boiling, for ultra-pure water, mineral water and tap water boiling, and for drinking water. The contents of major elements in tap water and tar increased significantly after bamboo charcoal boiling water or boiling water was brewed. The optimum ratio of charcoal boiling water to boiling water was 1:75. The bamboo charcoal should be immersed in drinking water at room temperature for 3 hours before drinking; the boiling time should not exceed 30 minutes as far as possible. Elements and a small amount of tar, thereby increasing the color and turbidity of water quality, but little impact, to meet the sanitary standards of drinking water GB 5749-2006; at the same time, bamboo charcoal boiled water can adsorb residual chlorine in tap water. (4) Fourier transform infrared spectroscopy analysis of bamboo charcoal boiled water before and after functional groups showed that there may be alcohols or phenols in the association of - OH, it in the water. Under acidic condition, the acidic functional group positive ions such as - OH2 + were formed by interaction with H + in the solution to form biochemical adsorption; boiling water had little effect on the chemical structure of bamboo charcoal. Many cracks were found in the pores of bamboo charcoal before and after boiling. These cracks may be the mesopores and micropores in the pore structure of bamboo charcoal and play a major role in physical adsorption. The physical and chemical properties of bamboo charcoal and the content of trace elements and the application test of drinking water were analyzed comprehensively. Quality water and tap water can be boiled water, boiling water and soaking at room temperature. The ratio of charcoal to water is 1:75, boiling time of boiling water is not more than 30 minutes, boiling water is recycled more than 4 times, and drinking before soaking at room temperature for 3 hours is preferred.
【學(xué)位授予單位】：浙江農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11

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本文編號(hào)：2239705