竹炭、竹纤维分析

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1、竹炭 第一节、竹炭相关概述 竹炭制品是一种新奇的产品，原材料取自于竹乡优质毛竹。竹炭用途相当广泛。用竹 炭作燃料，它散发的清香可使满室芬芳，闻之令人神清气爽。竹炭不仅易于燃烧，而且用 量节省。除作燃料外，竹香炭还可广泛应用于食品烹调、烘烤、储藏及保鲜。烹制米饭时 置入一块竹香炭，可保护其营养成分不易损失，米饭更是香软可口；将竹炭放入冰箱内， 可去除异味，防止食物变质，延长食物保鲜期；油炸食物时，放入少许竹炭，不但可以省 油，而且能 保证油质不变；用其炖煮食物，可使 食物迅速酥软。 由于原材料独特，且经特殊工艺加工而成，竹炭还具有许多令人意想不到的功能：用 竹炭浸泡自来水，可去除水中的漂白粉气味

2、以及各类有害杂质，且水中污物不易粘附卫生 洁具；将竹炭置入卫生间或衣橱内，可去除异味，防止衣物霉蛀；置于鱼缸中，可使水质 更为干净，鱼类不易受病菌侵害。 竹炭分子结构呈六角形，质地坚硬，细密多孔，吸咐力强，具有吸附功能； 竹炭空隙度高，非常适合作为土壤微生物和有机营养成份的载体，可以增强土壤活力，是 一种良好的土壤改良剂； 竹炭释放微量元素，改善环境，杀害病菌，无害化释放空气； 竹炭具有弱导电性，起到防静电作用； 竹炭可放射远红外线，波长适合人体吸收，加快血液循环，改善人体内环境，应用于 保健。 一、竹炭的形成与用途 中国是世界上炭的发源地，早在一千多年前的唐代，白居易就留下了“卖炭翁”的悲壮

3、诗篇； 古人除了把炭作为烧饭、取暖的燃料之外，也巧妙地把炭作为防腐、杀菌、保鲜剂加以应 用，这在中国的古代历史中可以找到大量的例证。 竹炭是竹材在高温、缺氧（或限制性地 通入氧气）的条件下，使竹材受热分解而得到的固体产物。在制备竹炭的同时，还可以得 到一种用途广泛的液体产物竹醋液。 根据竹材炭化过程中的温度及液体、气体产物的 变化规律可以认为，竹炭的形成先后经历了竹材干燥阶段（炉(窑)内温度120）、竹材 预炭化阶段（120260）、竹材炭化阶段（260400）、竹炭精炼阶段（400）。形成竹炭的最终温度不仅对竹炭的产量、生产成本、竹炭的得率有影响，而且对竹炭的性 能、用途更具有重要的意义。

4、竹炭可用传统的砖砌窑和现代化的机械炉来生产。 砖砌窑 的特点： 投资少、操作简单； 但生产周期长(22-30 天)、窑温不易控制、质量不均匀、密 封性能差、竹炭得率低(15-17%) 一种机械窑的特点： 投资较砖砌窑增加； 生产周期较 短(7-10 天)、温度容易控制、密封性能好、制炭得率较高(20%左右)。 另一种不锈钢机械 炉的特点： 投资较高； 生产周期短(8 小时)、温度易控制、密封性能好、生产得率高 （2426%）竹炭质量稳定、精炼竹醋液、以及可燃气体循环利用。 竹炭遇到空气，能 吸收空气中的各种有害气体，使室内空气得以净化而变得清新；在水里它可以吸收水中有 害物质而使普通水成为优质

5、饮用水；它还能产生负离子和远红外线，帮助人们去病、防病， 增强体质，成为人类的健康的卫士。究其根源，竹炭的这些特殊性能主要源于自身的特殊 微观结构。 竹炭微观结构与其性能关系 碳由单一元素构成，结构千变万化、性能无穷无尽、用途多种 多样。主要是由于原子键合方式、分子结构类型以及集合形态的多样性而产生的。碳按三 种典型键合方式形成单质碳时则为金刚石，石墨和卡宾，它们的性能也有明显的差别。 碳 的同素异形体中，由于碳原子的结合方式不同，单质的碳主要有四种同素异性体，即金刚 石，石墨、卡宾和富勒烯（包括碳纳米管）。 一个碳原子周围有四个碳原子相连，在三维 空间形成骨架状，各向联系力均匀、牢固、具高强

6、度-金刚石硬的特性 一个碳原子周围有 三个碳原子，碳与碳原子组成六边形环状，无限多的六边形组成一层，层与层之间联系力 弱。层内三个碳原子联系很牢固，层之间易滑动-石墨软的特性。 85 年，美英两位科学家 用激光照射石墨，使其蒸发而成碳灰，质谱分析发现，这种碳内含两种不明物质，其分子 量分别为碳的 60 和 70 倍，并具有特殊的结构，经证实，它们属于碳的第三种同素异性体， 命名为富勒烯碳。本身是不导电的绝缘体，当碱金属原子嵌入分子后，形成系列化合物， 成为超导体，具有完美的三维超导性。 中，20 个正六边形和 12 个正五边形构成圆球形结 构，共有 60 个质点，分别由 60 个碳原子占有。

7、91 年，日本科学家用透射电镜检测石墨 电弧设备中产生的球状分子，意外发现了由管状同轴纳米管组成的碳分子，其结构相当于 石墨的平面组织卷成的管状，是富勒烯碳家族的重要的成员。是被广泛关注的碳纳米管， 是化学反应中的新型催化剂，有很多的奇异功能。是纳米科技的主要研究方向，在材料、 电子、能源领域有重要的前景。 竹材的维管束、薄壁细胞、导管形成竹炭的微观孔隙结构， 其形状非常类似并接近于由五元环和六元环所组成的洋葱状富勒烯（C60）和展开的碳纳 米管结构。 竹炭的性能与其发达的孔隙结构有着密切的关系，它的吸附性能、催化性能及 电性质等都与炭材料的微观结构有关，因而研究炭材料微观孔隙结构具有重要意义

8、。 竹炭 所具有的类似并接近于洋葱状富勒烯（C60）和展开的碳纳米管结构的特殊孔隙形状是各 种以木材为原料而制成的木炭所不具备的孔隙结构。因此我们认为竹炭的这种特殊的微观 孔隙结构是竹炭具有特殊性能的根本原因。 四. 竹炭的主要特性 1.竹炭的元素组成 竹炭的元素组成主要是碳、氢、氧和氮及硅、镁、 钠、钙等金属及非金属元素。碳和氮元素的含量随碳化温度的升高而升高，氢、氧元素的 含量则随温度的增加而减少。炭化温度从 2001000时，碳元素的含量从 52.06%增加 至 85.42%，氮元素的含量从 0.12%增加至 0.68%，氧元素的含量则从 38.55%减少至 4.85%。竹炭的灰份含量随

9、着炭化温度的升高而增加（2.26%4.69%），竹炭中的灰份元 素组成较复杂，其中含量较多的有钾、镁、钠、钙、铁等。 竹炭中含有一些人体需要的微 量元素如铜、硒、锌、锶等。利用竹炭中的这些元素，将竹炭加工成片炭，用于烧水和煮 饭。将 50g 竹炭放在 1000cc 水中煮沸 10 分钟，测定水中矿物质浓度的结果如下： 表 1 竹炭在水中煮沸后水中矿物质浓度的变化（mg/L） 竹炭加入水中后，由于大量的钾、镁、 钙等矿物质元素溶解在水中，增加了人体所必须的营养成分，同时可使水的分子团变小， 有利于人体吸收。试验还表明自来水经竹炭处理后，自来水中 2.4 - 二氯苯酚去除率可达 100%，效果十分

10、明显。由于上述作用，片炭用于烧水或者煮饭，其效果就显而易见了。 2竹炭的比表面积和导电性能 竹炭内部的各类孔隙，具有微孔、中孔和大孔，因而竹炭 中的这些孔隙的内表面积之和称为比表面积，使它对多种有害气体具有很好的吸附能力。 比表面积的大小与炭化温度有关，炭化温度为 700左右时其比表面积最大。 表 2 炭化 温度与竹炭的比表面积关系 竹材和木材一样，通常都是不良导体，可称为绝缘体。但形成 竹炭以后，导电性能发生了极大的变化，当炭化温度为 700左右时的竹炭，其电阻率仅 为 5.40#215;10-5m，显示出良好的导电性能，可称为导体。通常竹炭的导电性随炭化温度的升高而增长。木炭虽有类似的趋势

11、，但数值差异很大。 表 3 竹炭的导电率与炭化 温度的关系 3竹炭产生远红外线和负离子 (1)竹炭的远红外远红外线是波长在 0.78- 300um 的电磁波(近红外：0.78-3um；中红外： 3-30um；远红外： 30-300um)，具有不 受空气影响而直接到达接受对象的特性。人的皮肤对远红外线吸收率高，传热率也高。一 旦接受远红外线就能迅速达到皮肤内层，特别是对 4-14um 波长的红外线的吸收效果最为 明显。还具有抑菌、防臭、促进人体表面微血管的血液循环等功能，达到保暖保健、促进 新陈代谢之功效。对于预防和治疗关节炎、失眠等病症有明显作用。竹炭的红外线功能测 试结果见表 4： 表 4

12、竹炭的红外辐射率备注 F1全波长积分发射率 F2(825um)积 分发射率 F38.45um 积分发射率 F49.50um 积分发射率 F510.60um 积分发射率 F612.00um 积分发射率 F713.50um 积分发射率 F8(1425um)积分发射率 (2)竹 炭的负离子负离子是空气中一种带负电荷的气体离子。空气中的负离子主要是负氧离子， 被吸入人体后，能调节神经中枢的兴奋状态，改善肺的换气功能，促进新陈代谢。它还对 高血压、气喘、流感、失眠、关节炎等许多疾病有一定的治疗作用。 将 10g 竹炭样品放 置在 1m3 的密封仓中 12 小时，用静态法负离子测试仪连续测试，空气负离子浓

13、度增加量 为 170 个/cm3。这充分证明了竹炭具有产生负离子的功能。 4.竹炭吸收空气中的有害气 体的能力 将甲醛、苯、甲苯、氨、三氯甲烷等五种典型的有害有毒气体，用一定质量的不 同炭化温度的竹炭(300-1000)对他们进行吸附，研究竹炭对上述有害气体的吸附能力。 (1)竹炭对甲醛的吸附性能 室内空气中甲醛含量为 0.1mg/m3 时人就感觉有异味和不适感； 0.5mg/m3 可刺激眼睛引起流泪；0.6mg/m3 时引起咽喉不适或疼痛；随着浓度升高还可引 起恶心、呕吐、咳嗽、胸闷、气喘；当大于 65mg/m3 时甚至可以引起肺炎、肺水肿等损 伤，甚至导致死亡。国际癌症研究所已建议将其作为

14、可疑致癌物。 竹炭对甲醛吸附能力， 最高的可达 19.39%，（炭化温度为 900时的竹炭），其它条件的竹炭对甲醛的吸附率 大于 16%。 炭化温度和比表面积对竹炭吸附甲醛率的影响不是很大。另外，竹炭对甲醛 的吸附持续时间长达 24 天。 (2)竹炭对苯、甲苯的吸附性能苯、甲苯是重要的芳香族烃有 机化工原料之一，广泛运用于合成树脂、合成纤维、塑料、橡胶、洗涤剂、染料、农药、 医药等方面作为原料和溶剂。在建筑装饰的涂料、填料及墙纸等装饰材料中都含有苯和甲 苯。 人在短时间吸入苯、甲苯时，可出现中枢神经系统麻醉。长期吸入，能导致再生障碍 性贫血，并可引起白血病。苯化合物已被世界卫生组织确定为强烈致

15、癌物质。 竹炭对苯的 吸附较快地达到了平衡，当炭化温度为 500、600、700，吸附时间 1 天时，其吸附 率就达到了较高值，分别为 10.08%、9.65%、8.69%，说明中温炭对苯的吸附速度较快， 这也证明了对苯的吸附性能主要是其比表面积在起作用。 竹炭对甲苯的吸附与竹炭对苯的 吸附类似，也是当炭化温度为 500、600、700时，吸附时间为 1 天时，其吸附率就 达到了较高值，分别为 8.42%、8.14%、5.65%，说明中温竹炭对甲苯的吸附也较快，这 也说明了对甲苯的吸附性能主要是其比表面积在起作用。 (3)竹炭对氨的吸附性能 氨是一 种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，人可感觉最

16、低浓度为 5.3ppm。氨是一种碱性物质， 它对接触的皮肤组织有腐蚀和刺激作用。 炭化温度较低时（300、400）竹炭对氨气 有很好的吸附能力，其吸收率达到 30.65%和 22.73%，而且其吸附持续时间较长，达到了 24 天。这主要是因为低温竹炭其 pH 值较低，呈酸性，而氨气是呈碱性的，所以竹炭对氨 气的吸附主要体现在化学吸附，而不仅仅只发生物理吸附。 (4)竹炭对三氯甲烷的吸附性 能 三氯甲烷代表卤代烷烃类有机化合物，是常见的工业污染物。研究竹炭对三氯甲烷的吸 附性能具有重要的意义 当炭化温度较低时（如 300），竹炭对三氯甲烷的吸附性能很好， 达到 40.68%，而且其吸附持续时间较长，达到了 24 天。竹炭对三氯甲烷的吸附率随炭化温度的升高而降低。而黄彪研究的杉木炭化物对三氯甲烷的吸附率最大值出现在 600， 吸附率为 8.5%，从这一点可以看出竹炭与木炭对三氯甲烷的吸附率有很大的差别。 国家 环保