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竹炭的烧制和用途开发 1 竹炭的形成过程和原理 竹炭的形成过程是竹材这种天然高分子化合物的受热分解过程。竹炭制取的方法不同， 竹材的受热分解情况会有差异。竹材在干熘制取木炭时的热解过程大体上可划分为4个阶段。 (1) 干燥：这个阶段的温度在150℃以下，热解速度非常缓慢，主要是竹材中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发，竹材的化学组成几乎没有变化。 以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升，所以又称为吸热分解阶段。 (3) 炭化：这个阶段的温度为275～450℃，在这个阶段中，竹材急剧地进行热分解，生成大量的分解产物。生成的液体产物中含有较大量的醋酸、甲醇和竹焦油，生成的气体产物中二氧化碳量逐渐减少，而甲烷、乙烷等可燃性气体逐渐增多。这一阶段主要是纤维素和木素分解放出大量的反应热，所以又称为放热反应阶段。 (4) 煅烧：温度上升到450～500℃，有的炭种甚至要求1000℃以上。在这个阶段依靠外部供给热量进行竹炭的煅烧，排出残留在竹炭中的挥发物质，提高竹炭中的固定碳含量。这时，生成的液体产物已经很少。 2 竹材热解产物和竹炭的物理化学性质 竹材热解时可以得到固体、液体和气体3大类初产物。 (1) 固体产物：竹材热解时残留在干熘釜内的是固体产物竹炭。 (2) 液体产物：从干熘设备中导出的蒸汽气体混合物经冷凝分离后，可以得到液体产物(粗竹醋酸液) 和气体产物(不凝性气体或木煤气)。 竹炭的物理化学性质： 含炭量(% ) 79～82。比表面积(m2/g ) 230～500。具多孔性。吸收量(ml/g) 180～190。强热损耗(% ) 2. 1～2. 2。发热量( Kca1/Kg) 7790。pH8～9。耐酸耐碱。灰分(钾、钙) (% ) 2～3。 3 竹炭的种类 竹炭的种类很多。按竹炭的原料可分为原竹炭、竹棒炭。按形状可分为筒炭，片炭， 碎炭，粉炭和工艺炭。按烧制方法可分为低温炭，中温炭，高温炭。按用途可分为燃料用炭， 饮料水用炭，炊饮用炭，洗澡用炭，水处理用炭，土壤改良用炭，住宅调湿用炭，果蔬花卉保鲜用炭，消臭用炭，寝具用炭，工业用炭，高电气性用炭等等。 不同方法烧制的竹炭具有不同的得率，不同的物理化学性质，具有不同的用途。一般竹炭的得率在15%～20%。用作调湿用的竹炭应在600℃的温度下烧制。要烧制炊饮用的竹炭则需在750～800℃的温度下进行。高导电性的竹炭需在1000℃以上的温度下烧制。 4 竹炭的烧制方法 竹炭烧制的原理并不复杂。但竹炭的烧制方法有很多。现根据当前竹炭生产的实际情况，作一概要介绍。 4.1 炭窑烧炭 炭窑烧炭，也叫土窑烧炭。窑的形式，构造种类很多。有就地挖掘，以泥土为材料筑造的，也有用砖，水泥砌成的。有单窑，也有连窑的。现以浙江泥窑来说明炭窑的一般构造和竹炭的烧制方法。 (1) 泥窑：选资源丰富，运输方便，坡度较小的空敞地作窑址，靠近水源，土壤要坚实， 最好是粘土。在选好的窑址上，画一个等边三角形，每边长约2.1m。在线内向下挖1m深左右，即为炭化室。炭化室前端略高于后端，在炭化室后面正中挖烟道腔和排烟孔，孔高14cm ， 阔18cm。在炭化室前端三角形顶端打一排横向木楔后即进行装竹材，竹材锯成1m 左右，直立装入炭化室中，质量好的装在1区，中等的装在2区质量差的装在最前面3区，细端向下，粗端向上，中心略高于四周，使竹材堆成拱形。上面盖一层稻草，并在4个烟孔的位置上放上4个藤圈。然后沿四周铺泥土，筑窑盖，边铺土，边打紧，锤打得越紧越好，窑盖筑好后，将烟孔中的泥土挖去，并辅松土。在炭化室面前筑燃烧室，燃烧室前端低于后端。 筑好窑型后就可进行烘窑，烘窑时，在燃烧室点火，火力不要太猛。如果烘窑速度太快， 炭窑将不坚实，火逐渐烧入炭化室，待烟孔松土发白时，把松土挖去，从烟孔冒出白烟，当烟色转青时，将烟孔盖上，打开烟道口，使烟气从烟道口冒出，烟气变青色时，即可闷窑， 将所有孔口堵塞，经2天冷却后，在窑的侧面开一个出炭门，进行出炭。以后可以继续装竹烧炭，其过程和前面烘窑相同，只是烧炭时间较短，正常的烧炭周转时间约7～10 天。 (2) 砖窑：由于泥窑挖掘工作量大，窑身常会坍塌而需经常维护，并不经济，目前竹炭烧制多采用砖和水泥砌制。一般炭化室长4m，阔3m，高1. 8m，为了保温，四周填以厚厚的泥土，外再围以石驳。顶筑成圆穹状。可数窑连在一起，提高效率。各地的土窑窑型会有各种变化，但基本结构和烧制原理和上述泥窑相近。 4.2 炭化炉 竹材炭化炉目前主要有二大类，固定式炭化炉和移动式炭化炉。 (1) 固定式炭化炉：它的烧炭原理和主要结构与土炭窑相似。但工业化规模的固定式炭化炉一般都附有烟气回收分离装置。回收分离的凝缩性物质竹醋酸液和竹焦油可作其它工业原料，回收分离的不凝缩性气体木煤气可作为炭化炉燃料循环使用。这种炭化炉炉内壁常采用耐火砖构成，外围以保温材料提高热效率。一般炉内容积较大，可达10～20m 3，一次可处理较多的竹材或挤压成形后的竹屑棒。浙江新昌热电厂生产的竹屑棒炭用的就是这种工业化规模的炭化炉。 (2) 日本的车载式炭化炉：有100kg和600kg原竹2种型号。炭化室用钢材焊制，外围以耐火材料以利升温和保温。内容积分别为0. 25m3 和1. 8m3用煤气在燃烧室充分燃烧的废气进入炭化室，对竹材进行加热，前半段要回收竹醋酸液，用木焦油发生以下的温度(350～400℃)加热。从竹材中产生的竹醋酸液用冷却机凝缩收集而成。数小时后竹醋酸液发生结束，停止燃烧室燃烧，在炭化室内导入空气，竹材开始自燃，温度上升。炭化室内的温度达到750～800℃，干熘结束，停止空气的进入，让其自然冷却。 通常，这种炭化炉1个周期是燃烧6～8小时(400℃以下3～4小时，400℃以上3～4小时) ， 自然冷却半天左右。而土窑的1个周期一般要7天左右，有的甚至需15～22天。 5 竹炭的利用途径 (1) 燃料：竹炭，由于树种明确(毛竹)安全性受到信赖，作为烧烤，野炊的燃料，清洁而有情趣，加上目前对其它薪炭材的砍伐限制，作为燃料的竹炭前景看好。 (3) 住宅环境材料：大理石，花岗岩，瓷砖类建材，表面容易结露，而三夹板类又容易霉烂虫蛀。用竹炭装填地面和墙壁，由于竹炭对水分的吸放调节，加上竹炭的负离子作用， 能保持住宅的舒适宜人，心神安定。也有一些茶店以此来吸引顾客。 (4) 水质处理：不仅用来处理自来水，还用来处理污水，河道，渔场，是用自然物治理环境的极好例子。 (5) 健康和美容上的应用：用竹炭制作枕头，有利于睡眠，竹炭浴和掺有竹炭的美容霜具有特殊的皮肤护理功效。在日本已有不少这类产品上市。 (6) 农业上的应用：用来改良土壤，促进作物根系的良好生长。据研究，施用竹炭可以提高桃树产量，改善其品质。施用竹炭能使高尔夫球场和绿地草坪生长良好且管理容易。 (7) 高电导性材料：竹炭具有电磁波屏蔽性，重量轻，耐火耐热，化学稳定性好等特点， 可用在电子仪器，新型高级建筑材料上。作为新型的材料——竹陶瓷，也有可能用在汽车， 宇航，航空上。 (8) 其它用途：日本有的家庭在煮米饭时放入几片高温竹炭同煮，可使米饭喷香可口。用竹炭过滤处理清酒(一种日本米酒)，能生产出一种风味独特的新酒，日本威士忌。用掺有竹炭的黄板纸制成的纸箱可有效保持果蔬的新鲜。 6 竹炭的综合利用 目前烧制竹炭时，从烟气中白白跑掉的竹醋酸、竹焦油、木煤气都是十分有用的东西， 十分可惜。每烧制1t竹炭大约有2t竹醋酸液和大量的木煤气从空气中白白跑掉。从综合利用和环境保护的角度看， 目前的土窑不太合理， 效率也不高。如能采用干熘的方式较为合理。 从干熘炉收集的粗竹醋酸液，在容器中静置3个月，可澄清成2层，上层为澄清竹醋酸液。下层为沉淀竹焦油。 澄清竹醋酸液可用来液体法薰制火腿和香肠。其效果和安全性，据日本专家研究优于烟熏。 竹醋酸液还可用来家畜粪尿的消臭，土壤改良、有机农业的害虫驱除等方面。以及美容， 浴缸沐浴剂等。 木焦油可用作木材防腐剂，消臭剂。还可用作皮炎药。 （作者：浙江省林业科学研究院 华锡奇 李琴；原载：《竹子研究汇刊》第20卷第2期，2001年4月） 二氧化碳活性碳
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