竹子是重要的森林资源，世界有竹类植物70余属，1 200余种，全球竹林面积约2 200万hm²，年生产竹材1 500万~2 000万t(张齐生等，2002)。我国的竹材资源极为丰富，据统计中国竹类资源有40多属，400余种，现有竹林面积约720万hm²，每年竹材砍伐量约800万~900万t，其中商品材600万t左右，相当于约1 000万m³木材(姜树海等，2002)。随着竹材产业的迅速发展，产生了大量的竹材剩余物，如果利用其竹子的生物质特性将其制备成竹炭用作吸附材料，既节约资源又利于环境保护(华锡奇等，2001；叶良民等，2001)。苯酚是毒性较强、难降解的物质，排放到环境中会造成极大的危害(Carmona et al., 1998)，可以利用竹炭的吸附性能去除苯酚。

竹材加工剩余物主要为竹蔸、竹节、竹枝等，一般企业制备竹炭时通常是将上述原料混在一起烧制，实际上竹材不同部位的微观结构存在区别，其性能也是不同的(徐有明等，2003)。同时目前竹炭在国内的销售不畅，有必要通过技术手段提升产品档次，提高竹炭的吸附性能，拓展其应用范围，才能进一步促进竹炭行业的发展。本文研究不同部位的竹材，即竹蔸、竹节和竹枝所制备的竹炭，通过KOH活化法制备的竹活性炭对苯酚的吸附性能，并对其进行了孔隙结构的表征。

1 材料与方法 1.1 原材料与主要设备

毛竹(Phyllostachys edulis)(产地：湖南浏阳市)，3年生；氢氧化钾(KOH)，分析纯；苯酚，分析纯；盐酸，分析纯；商品活性炭，200目(0.076 mm)左右粉状木质活性炭，分析纯，福建黑金刚炭业有限公司生产的净水用炭，用于对照用；电阻炭化炉。

1.2 竹炭的制备

取3年生以上毛竹，洗净，将竹材的3种不同部位：竹蔸、竹节、竹枝放置在烘箱中干燥48 h，取出后放在坩锅杯中，放入高温电阻炉完全密封进行烧制，烧制温度450 ℃，烧制时间2 h，自然冷却至常温后取出。用球磨机将烧制好的竹炭进行粉碎过筛，收集100~200目(0.148~0.076 mm)间竹炭，水洗，备用。

1.3 竹炭的活化

将烧制好的竹蔸炭、竹节炭、竹枝炭用氢氧化钾(KOH)做活化剂进行活化，准确称取一定质量的各部位竹炭粉放入锥形瓶中，分别用不同质量深度的KOH溶液和竹炭充分混合后浸泡24 h，固液比为1:10。将浸泡后的混合液抽滤后得到的竹炭放入烘箱中干燥，再放入高温电阻炉中进行活化，活化温度为700 ℃，保温一定时间后关闭电阻炉，自然冷却至常温后取出。将活化后得到的竹活性炭用稀盐酸和蒸馏水进行水洗至中性，烘干备用。

1.4 竹炭和竹活性炭对苯酚吸附性能试验 1.4.1 苯酚标准曲线测定

配置质量浓度为2，4，6，8，10 mg·L^-1的苯酚溶液，测定苯酚吸附标准曲线，在510 nm波长下得到吸附方程为：ABS=k₁×c+k₀，r²=0.992 2，k₀=0.167，k₁=0.428 4。

1.4.2 竹炭和竹活性炭对苯酚的吸附试验

准确称取一定量不同部位的竹活性炭与一定质量浓度的苯酚溶液在锥形瓶中混合，充分振荡一定时间后，过滤得澄清溶液，根据质量浓度大小进行稀释，在510 nm波长下测定其吸光度，根据上述苯酚标准曲线，可知澄清溶液质量浓度，再根据下列公式计算吸附量与吸附率：

式中：P为吸附率，%；Q为吸附量，mg·g^-1；V₀为加入苯酚溶液的体积，mL；C₀为苯酚溶液的初始质量浓度，mg·L^-1；C₁为吸附后测定的质量浓度，mg·L^-1；M为稀释倍数；B为竹炭用量，g。

1.5 竹炭和竹活性炭结构表征 1.5.1 竹炭和竹活性炭孔隙度测定

孔隙度表示多孔体中所有孔隙的体积与总体积之比。本试验中采用用TM95型费氏平均粒度仪测定竹炭和竹活性炭的孔隙度。

1.5.2 竹炭和竹活性炭的比表面积测定

采用ASAP 2010型比表面积和孔结构测试仪(美国micrometrics公司)测定本试验中制备的竹炭和竹活性炭的比表面积、孔容与孔径。

2 结果与讨论 2.1 不同质量浓度KOH溶液对竹活性炭吸附性能的影响

配置250 mg·L^-1的苯酚溶液，0.3 g不同质量浓度KOH溶液下制得的各部位竹活性炭、未活化的竹炭和商品活性炭(福建黑金刚炭业有限公司生产的木质净水用炭)放入锥形瓶中，分别加入100 mL配置好的苯酚溶液，振荡40 min充分吸附后滤出澄清溶液，稀释50倍后，用紫外分光光度仪测量剩余苯酚的含量，计算每组炭的吸附率。KOH溶液质量浓度对不同部位竹活性炭吸附性能的影响，测定结果见图 1。选取最佳KOH溶液质量浓度下制备的竹活性炭与活化前及与商品活性炭的苯酚吸附率对比，见图 2。

由图 1，2可知，在不同质量浓度的KOH溶液活化条件下，当质量浓度为16.0 g·L^-1时，竹活性炭吸附性能最好，质量浓度从8.0 g·L^-1增大到16.0 g·L^-1时，竹活性炭吸附率随之增大，质量浓度达到20.0 g·L^-1时，竹活性炭吸附率反而有所降低，这是由于过多的碱在活化中灼烧了一部分孔隙，降低了竹炭的吸附性能。不同部位竹炭在活化前与活化后的吸附性能有很大的差距，竹炭在活化后的吸附性能远大于活化前，活化后吸附率均提高了30%以上，KOH溶液质量浓度为16.0 g·L^-1时，竹蔸活性炭的吸附性能接近于净水用商品活性炭。通过活化，活性剂在高温下充分打开了炭内部的微孔结构，增大了炭表面积，从而提高了吸附性能。

竹材的不同部位中，竹蔸制备的竹炭和竹活性炭比其他2种部位的吸附性能强。其原因可能是竹蔸部位在整个竹子中的密度最大，结构最致密，具有相对较多的微孔性结构，孔隙比表面积也最大，所以吸附性能最好，竹节次之，而竹枝的吸附性能较弱，因为竹枝处于竹子顶部，水分较多，密度偏小，孔隙结构不如竹子下端部分发达。

2.2 竹活性炭对苯酚的吸附性能 2.2.1 吸附时间对吸附效果的影响

从上述可知，在3种不同部位的竹材制备的活性炭中，竹蔸活性炭的吸附性能最好，以下选取竹兜活性炭为样本，研究竹蔸活性炭在不同时间下对苯酚的吸附情况，操作方法同前面吸附试验。苯酚溶液质量浓度均为100 mg·L^-1，体积为100 mL，竹蔸活性炭和商品活性炭质量均为0.3 g，在30 ℃左右，分别间隔一定时间取样测定溶液中剩余苯酚的质量浓度，吸附时间对竹活性炭吸附苯酚的影响结果如图 3所示。

由图 3可知，前30 min内竹蔸活性炭与商品活性炭的吸附率呈迅速上升的阶段，30 min后，吸附率变化不大，商品活性炭的吸附效果略好于竹蔸活性炭，故吸附时间选择在30~40 min较合适。

2.2.2 溶液质量浓度对吸附效果的影响

分别配置质量浓度为10，20，50，100，200，250，300，400，500 mg·L^-1的苯酚溶液，准确称取KOH溶液质量浓度为16.0 g·L^-1时制备的竹蔸活性炭和商品活性炭各0.3 g置于锥形瓶中，加入配置好的溶液100 mL，在30 ℃左右下振荡40 min后滤出溶液，用紫外分光光度仪测定其剩余溶液质量浓度，计算吸附量与率。溶液质量浓度对竹蔸活性炭对苯酚的吸附率的影响如图 4所示，溶液质量浓度与竹蔸活性炭吸附苯酚的吸附量的关系如图 5所示。

由图 4，5可知，当溶液质量浓度增大时，吸附率下降，质量浓度大于100 mg·L^-1后，吸附率下降明显，但随着吸附率的下降，吸附量逐渐增大，质量浓度到达300 mg·L^-1后，基本达到吸附平衡，竹蔸活性炭的吸附量达到83.4 mg·g^-1左右时趋向饱和。

2.3 竹炭和竹活性炭结构表征 2.3.1 竹炭和竹活性炭的孔隙度

孔隙度的大小是竹炭和竹活性炭内部结构的一项重要指标，在吸附物质中，孔隙度对其吸附性能有很重要的影响，本试验制备的竹炭与竹活性炭的孔隙度值，结果如表 1所示。

由表 1可知，不同部位的竹材烧制出的竹炭的孔隙度存在一定差别，竹炭未活化前，竹枝炭的孔隙度为0.656，竹节炭的为0.698，竹篼炭的为0.740，其中竹篼炭的孔隙度最大，竹枝炭的最小，这主要是由于竹材几种不同的部位纤维密度不同造成的，所以竹篼炭的吸附性能要好于其他部位的竹炭。3种不同部位的竹材制备的竹炭活化后，孔隙度都有一定的增加，碱法竹枝活性炭的孔隙度为0.688，竹节活性炭的为0.748，竹篼活性炭的为0.790，其中竹篼活性炭的孔隙度仍然最大。说明活化剂的作用和较高的温度进一步扩充了竹炭内部的孔结构，增强了竹炭的吸附性能。

2.3.2 竹炭和竹活性炭的比表面积

本试验所制备的竹炭和竹活性炭的比表面积大小和孔结构测试结果如表 2所示。

由表 2可知，竹篼炭的比表面积为110.4 m²·g^-1，经KOH法活化后比表面增加到475.7 m²·g^-1，比表面积有较大增长；经KOH活化后的竹篼活性炭孔容也比竹篼炭增大了很多，竹篼炭为0.09 mL·g^-1，经KOH活化的竹篼活性炭孔容为0.26 mL·g^-1；竹篼炭的平均孔径大小在3.16 nm，经过KOH法活化后，竹篼炭中有更多的细微孔隙被打开，竹篼活性炭的平均孔径为2.19 nm。竹炭活化后，比表面积有较大增长，细微孔隙增多，从而使竹活性炭的吸附性能有增大。

3 结论

1) 由竹蔸、竹节和竹枝等3个不同部位竹材加工剩余物制备的竹炭与竹活性炭，吸附性能均不同，其中以竹蔸制备的竹炭和竹活性炭的吸附性能最好。采用KOH法进行活化，KOH溶液质量浓度为16.0 g·L^-1时，所制备的竹活性炭吸附性能最好。竹活性炭吸附苯酚的能力接近商品活性炭。竹蔸活性炭吸附苯酚的吸附时间选择30~40 min，竹蔸活性炭对苯酚的吸附量达到83.4 mg·g^-1左右时趋向饱和。

2) 不同部位的竹材烧制出的竹炭的孔隙度存在一定的差别，竹枝炭、竹节炭与竹篼炭的孔隙度分别为0.656，0.698和0.740，经过KOH活化后，竹枝活性炭、竹节活性炭与竹篼活性炭的孔隙度分别为0.688，0.748和0.790。竹篼炭比表面积为110.4 m²·g^-1，经KOH法活化后竹篼活性炭比表面积增加到475.7 m²·g^-1；竹篼炭孔容为0.09 mL·g^-1，经KOH活化后的竹篼活性炭孔容为0.26 mL·g^-1。竹篼炭的平均孔径大小为3.16 nm，经KOH法活化后的竹篼活性炭中有更多的细微孔隙被打开，竹篼活性炭的平均孔径为2.19 nm。