以活性炭作为金的吸附剂，直接从氰化矿浆中吸附金的原理是基于活性炭对Au(CN)络离子具有强的吸附能力，能从氰化矿浆中吸附金，经脱附后提取金(Rees et al.，2000)。因此，黄金工业用活性炭不仅要求强度高、耐磨性能好、微孔发达、吸附力强，同时还要有良好的解吸性。目前，世界各国大部分使用椰壳活性炭吸附金(吴开金，2007)；但是我国椰壳资源有限，以其他木质原料(如竹节)替代椰壳制备高强度的活性炭，用于黄金工业，将具有重要意义。

为寻找椰壳活性炭的替代品，国内外学者对农林废弃物制备提金活性炭的过程和机制进行了研究。Mansooreh等(2008a；2008b；2008c；2008d)采用杏核为原料制备活性炭，于工业废水中提取黄金，并对其吸附和解析过程进行了研究。Pleysier等(2008)对提金活性炭的微观结构进行研究，并讨论了发泡剂的存在对其吸金过程的影响。Mustafn等(2002)以榛壳、桃核、杏核为原料制备提金活性炭，并将其载金量与吸金速率与椰壳活性炭的进行比较。杨坤彬(2005)采用微波辐射的方法制备提金活性炭，并对其孔隙结构进行分析。周崇松(2005)对金在活性炭上的吸附和解析过程进行研究。韩富荣等(1991)研究了山楂核活性炭的吸金速度、吸金回收率、载金量、耐磨强度和解吸过程。赵树森等(1993)采用水蒸气活化法制备杏核活性炭，用于吸附黄金。

鉴于竹节自身具有的高强度，研究采用竹节为原料替代椰壳制备提金活性炭，用于黄金工业，目前尚未见其他研究者的相关报道。本文探讨了温度、保温时间对竹节活性炭的吸附性能及强度的影响，并对其孔隙结构进行了表征，以期更充分了解竹节活性炭的性能和应用。

1 材料与方法 1.1 原料

1) 竹节炭化料：以粉碎至一定粒度的毛竹节为原料，在500 ℃下炭化1 h制得。2)预处理后竹节炭化料：将毛竹节粉碎至一定粒度，采用一定浓度的化学药剂进行处理，在500 ℃下炭化1 h制得炭化料。从而提高了炭化料的强度、填充密度，同时也一定程度提高了炭化料得率。处理前后的性能变化见表 1。由表 1可知，处理后竹节炭化料的各方面性能指标与市售椰壳炭化料相近，甚至更优，故研究考虑以竹节为原料替代椰壳制备提金活性炭。

1.2 试验方法

以预处理后的竹节炭化料为原料，在800~1 000 ℃，水蒸气流量0.2~0.8 L·min^-1下，保温3~6 h，进行活化，制备竹节活性炭。

1.3 性能测定

亚甲基蓝吸附值和碘吸附值采用国家标准GB/T 12496.8-1999，12496.10-1999进行测定；强度和充填密度参照LY/T 1125-93进行测定。

1.4 样品的表征

采用美国Micrometric公司ASAP2010型全自动比表面积分析仪测定竹节活性炭的N₂吸附等温线。在测定之前，各样品在氮气流中于300 ℃下脱气4 h，在液氮温度(77 K)下记录氮吸附数据。

2 结果与分析 2.1 温度的影响

在850，900，950，1 000 ℃，水蒸气流量为0.4 L·min^-1条件下，保温4 h，制备竹节活性炭。图 1，2示出了活化温度与竹节活性炭的得率、强度、亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的关系。由图 1可知，得率和强度随着温度的升高呈下降趋势，这是由于温度越高，处于活化状态的碳原子与水蒸气的反应性增强，烧失较大，故得率和强度较小；温度较低时，处于活化状态的碳原子与水蒸气的反应性较小，烧失较少，故得率和强度较大。由图 2可知，亚甲基蓝吸附值和碘吸附值随着温度的升高呈先升后降的趋势，在950 ℃时达到最大，分别为262和1 072.7 mg·g^-1，其中，950 ℃的碘吸附值比900 ℃的碘吸附值有很大的增长，从836.2增加到1 072.7 mg·g^-1。这表明950 ℃前，升高温度加快了活化反应的速率，水蒸气与炭表面的一些活性碳原子发生了充分的活化反应，有利于微孔和中孔结构的发达。而温度达到1 000 ℃时，活化反应进行得太激烈，使得微孔和中孔之间的孔壁烧失，形成大孔，故其吸附性能下降。选活化温度950 ℃为宜。

2.2 保温时间的影响

在950 ℃，水蒸气流量为0.4 L·min^-1条件下，保温3~6 h，制备竹节活性炭。保温时间与竹节活性炭的得率、强度、亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的关系见图 3，4。由图 3可知，得率和强度随着保温时间的延长呈下降的趋势，其中得率在4~5 h时，降低较大，从4 h的41.5%降低到5 h的28.3%。这可能是由于，随着保温时间的延长，促进了水蒸气与炭化料的反应，使活化反应的程度加深，烧失较严重，故得率和强度呈下降趋势。由图 4可知，亚甲基蓝吸附值随着保温时间的延长呈先升后降的趋势，在5 h时达到最大，为322 mg·g^-1，其中，4~5 h时有较大的增长，从262增长到322 mg·g^-1，而5~6 h相差不大。碘吸附值呈现不断上升的趋势，4~5 h时有较大的增长，从1 072.7增长到1 187 mg·g^-1，而5~6 h相差不大。这可能是由于，保温时间较长时，参加反应的水蒸气的量也相应较多，与炭化料上活性碳原子的反应也较充分，有利于使原来滞留在炭素前驱体中无规则的炭被选择性地消耗，使微晶之间封闭的微孔打开，故孔隙结构较发达。综合得率与吸附性能之间的关系，选保温时间4 h为宜。

2.3 流量的影响

在950 ℃，水蒸气流量为0.2~0.8 L·min^-1条件下，保温4 h，制备竹节活性炭。图 5，6示出了水蒸气流量与竹节活性炭的得率、强度、亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的关系。由图 5可知，得率和强度随着水蒸气流量的增加呈先降后升的趋势，在0.4 L·min^-1时达到最小，分别为41.5%和97.5%。这表明在流量小于0.4 L·min^-1时，随着流量的增加，参加反应的水蒸气量增加，降低了两相间的传质阻力，水分子就会有更多机会扩散到炭化料孔隙内，与碳原子发生活化反应，碳水反应的速率增大，烧失也相应增大，导致得率和强度下降。当水蒸气流量进一步增加时，降低了炭化料表面的温度(马祥云等，2005)，延缓了活化反应的进行，减小了炭化料的烧失，故得率和强度得到提高。由图 6可知，亚甲基蓝吸附值随着流量的增加呈先升后降的趋势，在0.4 L·min^-1时达到最大，分别为262和1 072.7 mg·g^-1。这可能是由于，随着水蒸气流量的增加，活化反应的速率增快，有利于活化反应的进行，使得微孔和中孔得到发达。但当流量进一步增大时，炭化料表面温度降低，碳水反应进行缓慢，不利于新的孔隙的形成，故吸附性能下降。

2.4 N₂吸附等温线的分析

图 7示出了保温时间4 h条件下，不同温度下制备的竹节活性炭的N₂吸附等温线。由图可知，不同温度N₂吸附等温线的形状相似，氮气吸收量的增加不仅在低相对压力下，而且在整个压力范围内也是明显的。按国际纯化学和应用化学协会(IUPAC)的分类，该类等温线属于Ⅰ型和Ⅱ型的结合型(Hu et al., 2001)，说明活性炭具有较发达的中孔和微孔。

由图 7明显看出，随着活化温度的升高(得率的降低)，竹节活性炭对氮气的吸附能力也随之升高。在相对压力小于0.1时，微孔被完全填充，而随着压力的进一步增大，对应的吸附容积也不断增大(该阶段为中孔的填充过程)，说明具有发达的中孔结构(Arriagada et al., 1997)。当相对压力大于0.9时，氮气吸附量则出现较大的增加，即吸附等温线有“脱尾”现象，说明大孔也较发达。根据以上分析可知，竹节活性炭具有发达的微孔、中孔、大孔结构，且随温度的升高，孔隙结构越发达。

2.5 孔隙结构的分析

由表 2可知，随着温度的上升，比表面积、总孔容积、微孔容积、中孔容积呈现不断增加的趋势，950 ℃达到最大分别为1 334.2 m²·g^-1，0.671 mL·g^-1，0.574 mL·g^-1，0.097 mL·g^-1，说明温度的上升有利于孔隙结构的发达。其中，比表面积在900~950 ℃阶段有很大的增长，从1 065.7 m²·g^-1增长到1 334.2 m²·g^-1，而总孔容积和微孔容积在850~900 ℃阶段增幅较大，分别从0.339和0.272 mL·g^-1增加到0.553和0.471 mL·g^-1，说明比表面积的增长不仅与总孔容积和微孔容积有关，还与孔径分布有关。

根据国际纯化学和应用化学协会(IUPAC)推荐孔隙大小的划分范围为：微孔宽度小于2 nm，中孔宽度2~50 nm，而大孔宽度大于50 nm(Qian et al., 2007)。图 8示出了竹节活性炭的孔隙大小分布，反映了不同温度下，孔半径与孔容积之间的关系。由图 8可知，各温度下，孔径分布的形状非常相似，在半径0.9 nm处，对应的孔容积达到最大值，随着温度的升高，孔半径对应的孔容积逐渐变大，说明温度升高，有利于孔隙结构的发达。孔隙半径主要集中在0.5~6 nm的微孔、中孔范围内，尤其是微孔较为发达，说明这种工艺条件制得的活性炭有利于微孔的发达。

2.6 与黄金炭指标的比较

以竹节为原料的活性炭的指标与椰壳和杏仁为原料的提取黄金用颗粒活性炭的指标(参考《提取黄金用颗粒活性炭》标准)的对比数据列于表 3。由表 3可知，以竹节为原料制得的活性炭，除了充填密度比椰壳为原料的活性炭的小，其他的均可达到甚至超过A类指标。而充填密度符合以杏仁为原料制得的活性炭的B类指标，故以竹节为原料，制得的活性炭适用于黄金工业。

3 结论

1) 以竹节为原料制得的活性炭，其性能基本符合《提取黄金用颗粒活性炭》标准A类指标，竹节可作为椰壳的良好替代品，用于制备提金活性炭。

2) 随着温度和保温时间的增大，竹节活性炭的得率和强度呈不断下降的趋势，而亚甲基蓝吸附值和碘吸附值总体呈上升趋势。随着水蒸气流量的增加，竹节活性炭的得率和强度呈先降后升的趋势，而亚甲基蓝吸附值和碘吸附值呈先升后降的趋势。

3) 根据N₂吸附等温线的分析，竹节活性炭具有发达的微孔、中孔、大孔结构。

4) 在较佳的试验条件下，制得的竹节活性炭的强度、亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、比表面积、总孔容积和微孔容积分别为97.5%，262 mg·g^-1，1 072.7 mg·g^-1，1 334.2 m²·g^-1，0.671 mL·g^-1和0.574 mL·g^-1。