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竹炭的性质检测与分析

来源:  发布时间:2018-8-23 14:49:54

      竹炭之利用方法一般可分为物理性及化学性的利用方式。在物理特性之利用而言,竹炭具有多孔性、研磨性、吸光性及电气特性等性质,上述性质常应用于工业用途,其中尤以竹炭的多孔特性被广泛应用于水质、空气、土壤等之处理。在化学特性之利用而言,竹炭常应用于能源燃料之应用,反应性及无机成分之利用亦被广泛应用。此外,种种工艺、美化等功能亦提供竹炭的另类应用方向。

        1.多孔隙特性之用途:活性炭、水质处理材料、空气清净材料、排气处理材、土壤改良材料、过滤材料、各种构造用材、渔礁材料、微生物培养器材、吸湿处理材料、住宅露点防止材等。

      2. 研磨性之用途:漆器研磨用、印刷用铜板、器具清净用等。

      3. 电气特性之用途:电磁波遮蔽材、电极用、电池用等。

      4. 其他用途:断热剂、隔音材等。

二.化学性的利用

    1. 反应性的利用:金属精炼、着火剂、黑色火药、二硫化碳及其他化学药品之制造等。

    2. 能源的利用:动力用、营业用及家庭能源用等。

    3. 无机成分的利用:无机质肥料、微量要素之补给等。

三.竹炭产品之基本性质检测

       为求对竹炭产品之品质有所区分,乃针对坊间市售之竹、木炭制品及自行研制之竹炭进行各项基本性质测定。目前本所进行之竹炭检测项目包括:微细结构观察、元素分析、 pH值、真密度、傅立叶红外线光谱分析及进行竹炭之水质化学分析等。

        竹材经炭化处理之后之组织仍保持多孔性材质之特性,因此,可将炭化后之产物视为多数管状物结合之集合体。竹炭的烧制过程,是利用无氧高温炭化,所以竹炭几乎是不含水份的,而且存在着许多孔径在20埃(Å)以下的微细小孔,隔着竹之管束纤维细胞壁整齐地散布着。

          由于经处理后之竹炭每1克的比表面积可达200~300平方公尺,其面积相当于一个网球场的大小,将具有极强的吸附能力,因此可吸附异味、挥发性有毒气体、色素等。此外,竹炭之多孔性构造使其含水能力增强,拥有相当良好的调湿与温度调节效果。

          由竹炭之显微放大照片可清晰观察到维管束分布横断面之状态,而竹秆靠近表皮竹青部位之维管束组织较小且密集分布,靠近内侧竹肉部分之维管束较大且分布较疏。竹炭及木炭横断面之电显照相。竹炭之维管束等基本组织于横断面上之孔隙密布,相较于木炭横断面之导管及放射组织等之形状及分布有着极大的差异。

        以HITACHI S-2400型扫描式电子显微镜观察竹、木炭之横断面照.

竹炭的性质检测与分析(图1)

     二.、炭之元素分析
采用HITACHI S-300型扫描式电子显微镜搭配HORIBA EMAX 200型能量分散光谱仪进行竹材及竹炭之元素分析试验,检测结果如表1。由初步的观察结果得知,尚未炭化处理之桂竹(生竹)之C元素百分比占全体组成之52.73%、O元素百分比占全体组成之45.39%,经烟熏处理之未炭化桂竹之元素变化极小,C元素百分比占全体组成之53.97%、O元素百分比占全体组成之45.92%,而在经过竹炭土窑烧炭处理(约600℃以上)后,所生成桂竹炭则随着炭化作用导致C元素百分比呈现显著提升为87.92%,O元素百分比则减少为7.71%。

       以C元素含量之高低来看,由市售竹炭之分析结果可知,日本炊饭用之孟宗竹炭之C元素含量最高(91.36%)、次为消臭、吸湿、防电磁波用竹炭(89.79%) 、再次者为日本竹炭(TB)之孟宗竹炭(88.04%),至于本所烧造之桂竹炭(TF-GS)之C元素含量为87.92%,较诸日本冷藏库用竹炭的87.79%、市售桂竹炭(GS)的84.13%、日本竹炭(TS)的81.96、日本净水用竹炭的78.49%为高,更优于本土市售孟宗竹炭(MO)的73.83%及孟宗竹炭( PU ) 的73.79%。

     三、 竹炭之酸碱值及比重分析

       竹炭之pH值测试结果如表2所示。尚未炭化处理之竹材之酸碱值呈弱酸性,如桂竹生竹pH值为5.48,麻竹生材pH值为5.78,经高温炭化处理后,竹材中之有机成分受热分解,并生成各种馏出成分排出,所留存无机成分甚高的竹炭产物,故而pH值呈现碱性之状态,
     桂竹炭之pH值为9.88,麻竹炭pH值则为9.20,至于市售之进口日本竹炭或本地生产之竹炭之酸碱值亦呈现碱性状态。
借真密度测定仪(Ultrapycnometer 1000)测试结果得知,经炭化处理后使竹炭之真密度明显提高,如桂竹生竹为1.17(g/cc),桂竹炭则增高为1.55(g/cc),市售日本竹炭之真密度则约为1.45~1.73(g/cc)左右。

      四.竹炭对水质之影响
由前人研究成果可知,竹炭含有多种成分的无机物(灰分--矿物质)如K,Na,Ca,Mg,Fe, Mn,Si等元素。且竹炭中之无机物之种类及含量皆大于木材之灰分组成,故而竹炭的用途较之木炭为广且效果较佳。
为了解竹炭对于水质之影响,乃将自行研制之桂竹炭、孟宗竹炭、麻竹炭配合市售日本竹、木炭,进行试验室之水质分析试验.

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