1、炭的定義與分類
炭是一種既傳統(tǒng)又現(xiàn)代的材料,作為燃料已被人們普遍認知.炭還是一種多孔性材料,具有很強的吸附、調(diào)濕、凈化、除臭等功效。目前常見的主要有木炭、竹炭、活性炭、炭黑、煤炭、及焦炭等。
2、“白炭"與“黑炭"
人們通常將木炭分為白炭和黑炭,其中白炭又可以分為烏岡炭、白炭和青炭。白炭,是指木材在窯內(nèi)炭化完畢時趁熱從窯內(nèi)扒出,然后用濕沙土熄滅的方法,在熄滅的過程中,木炭與空氣接觸而進行煅燒,炭的外部被氧化,生產(chǎn)的白色灰附在木炭上.這種炭質(zhì)地很硬,比重大,色黑、斷面有金屬光澤,當輕輕敲擊時會發(fā)出清脆悅耳的金屬聲,燃燒時不發(fā)煙,發(fā)熱量高,燃燒持久,很少有黑色的粉末掉落,又十分適合用于水質(zhì)凈化和沐浴等方面的用途。 黑炭,采用悶窯熄火的方法得到的炭,性質(zhì)與白炭相反。過去老百姓家中炭火盆里燒的炭大都是燒質(zhì)粗糙的黑炭.它燃燒時常冒煙并發(fā)出爆裂聲,發(fā)熱量小,由于炭化溫度較低,揮發(fā)分多,著火容易。它易于散落下黑粉,不適于菜肴、飲水和沐浴使用,可以用來除濕和除臭。
3、竹炭
竹炭是以竹材為原料經(jīng)高溫炭化獲得的固體產(chǎn)物.按質(zhì)量等級可分為一級品、合格品兩個等級;按形狀不同可分為筒炭、片炭、顆粒炭、碎炭、粉末炭等。 在日本,以干餾炭化的最終溫度分,有的可分3種:低溫竹炭400℃、中溫竹炭600℃-700℃、高溫竹炭1000℃;也有2種:將400℃-600℃炭化的稱為低溫竹炭、800℃—1000℃炭化的稱為高溫竹炭。
4、活性炭
活性炭是一種用途很廣的吸附劑和催化劑,是由一些含炭的原料經(jīng)過炭化和活化等加工過程生產(chǎn)出來的.活性炭為黑色,主要由碳元素構(gòu)成。其性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于水及有機溶劑,能耐酸堿等化學藥品的作用;并且可通過再生的方法恢復其活性而反復使用. 活性炭根據(jù)外觀形狀可分成粉末狀、顆粒狀及纖維狀三類;根據(jù)使用原料不同可分成植物類原料(木屑、木炭等)、礦物類原料(煤、石油焦碳等)及其他原料(紙漿、水解木質(zhì)、廢塑料等)所生產(chǎn)的活性炭;按制造方法不同可非為氣體活化法活性炭、化學藥品活化法活性炭及混合活化法活性炭;按用途可分為氣相吸附用活性炭(溶劑回收活性炭、脫硫炭等)、液相吸附用活性炭(糖用炭、味精炭、水處理炭等)及催化劑或催化藥劑載體用活性炭等。
5、機制炭
機制炭包括木質(zhì)機制炭和竹質(zhì)機制炭及其他生物質(zhì)機制炭。俗稱“炭棒"、“燒烤炭”。它的利用竹木材等生物質(zhì)材料加工剩余物或碎炭,經(jīng)粉碎、干燥、擠壓成型、炭化等工藝過程制得的.是純天然綠色環(huán)保產(chǎn)品,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)木炭,用于燒烤取暖和水質(zhì)凈化等,對保護生態(tài)環(huán)境具有特別重要的意義。機制炭形狀規(guī)則,結(jié)構(gòu)合理,有統(tǒng)一長度和大小,中空或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu),利于燃燒和使用;不含化學物質(zhì),無毒無異味,無污染,燃燒時間長;無煙無炭頭、燃燒無火花、燃燒期間殘灰自然落下不飄起來、燃燒后殘灰塵少、易燃.
6、竹炭纖維
竹炭纖維,是選用納米級竹炭粉末,經(jīng)過特殊工藝加入粘膠紡絲液中,加工成粒,再經(jīng)過近似常規(guī)紡絲的纖維產(chǎn)品。竹炭纖維內(nèi)鑲嵌有納米級竹炭,使得該功能纖維充分體現(xiàn)出了竹炭所具有的吸附異味、散發(fā)淡雅清香、防菌抑菌、遮擋電磁波輻射、發(fā)射遠紅外線、調(diào)節(jié)溫度濕度等功效,對人體有保健作用. 用這種纖維可以制作醫(yī)療防護服、嬰幼及孕婦防護服、床上用品、高檔內(nèi)衣面料、賓館及家庭用品、車船等交通工具裝飾用品,還可以做空氣過濾用材、家用電器防電磁波輻射等。
7、“炭”與“碳”
炭=碳(無定形碳或石墨)+有機揮發(fā)分+水分。這就可以看出炭是以碳為主并包含多雜質(zhì)的混合物。因此,應寫“竹炭"而不是“竹碳",其中含有“固定碳”而不是“固定炭”。
8、炭與“黑鉆石”
竹材經(jīng)高溫熱解后得到竹炭,其橫切面具有光澤,表面光滑且沒有裂縫和起皺,結(jié)構(gòu)十分致密,敲打或摔落時較不易破碎且不易折斷,且會發(fā)出鏗鏘的清脆金屬聲。其產(chǎn)品具有去污、除臭、抗菌、美容與美膚、隔熱、釋放遠紅外線、產(chǎn)生負離子等性能,可開發(fā)系列產(chǎn)品,為人類創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)生活環(huán)境,故竹炭在日本和臺灣享有“黑鉆石”之稱。
9、竹炭的元素組成
竹炭元素組成是竹炭性質(zhì)的基礎(chǔ)之一。它包括碳、氫、氧等元素和灰分。灰分是竹炭在高溫氧化條件下,完全燃燒后,留下的各種無機物質(zhì)的混合物。竹炭的元素組成含量由炭化最高溫度而定,隨著炭化最高溫度的升高,竹炭中碳元素的含量增加,氫和氧的含量降低,灰分含量略有增加。
10、竹炭的基本理化性能指標
竹炭的基本理化性能主要包括竹炭的含水率、灰分含量、揮發(fā)分含量、固定碳含量、密度、比表面積、電阻率、pH值和熱值等。
11、竹炭的含水率
竹炭中的水分通常有三種來源。一是生產(chǎn)過程中吸附的;二是在儲運過程中吸附空氣中的水蒸汽;三是在生產(chǎn)、儲運過程中非正常的吸水(雨水、雪水等)。剛從窯體中取出的竹炭的含水率約為1—2%,在空氣中穩(wěn)定的含水率(平衡含水率)通常為10-10%。在許多的應用領(lǐng)域中竹炭的含水率是個重要的指標之一,因此竹炭成品的干燥與密封是個不容忽視的環(huán)節(jié)。在不同使用場合要求不同的含水率,作為燒烤燃料和導電材料的竹炭要求水分含量越低越好.而作為改良土壤的水分、調(diào)濕的竹炭要求水分含量就比較高。
12、竹炭的PH值
竹炭PH 值表示竹炭的酸堿性程度,竹炭的酸堿性隨著炭化最高溫度上升而由酸性向堿性變化。竹炭的PH值直接影響其吸附氣體的種類、吸附值.
13、竹炭的密度
竹炭密度為單位體積的質(zhì)量.由于竹炭是一種多孔性物質(zhì),他的密度同活性炭一樣可分為以下3種:堆積密度,指在規(guī)定條件下,單位體積的竹炭,包括它的 孔隙體積和顆粒間的孔隙在內(nèi)的質(zhì)量;顆粒密度,指在規(guī)定條件下,單位體積的竹炭,包括它的孔隙體積,但不包括顆粒之間的空隙的質(zhì)量;真密度,指在規(guī)定條件件下,單位體積的竹炭,不包括空隙體積和顆粒間的空隙的重量。竹炭為無固定的長寬厚尺寸的固體物,不便于準確測定其長寬厚尺寸并計算其體積,故采用AG204型密度測定儀,所測得的密度為真密度。
14、竹炭的灰分
竹材中灰分含量較多,主要有磷、鉀、硅、鈣、鋁、鎂、鐵、鈉、鋇、銅、錳等十種元素組成。這些元素物質(zhì)在竹材熱解過程中仍然存在竹炭之中而成為竹炭灰分。竹炭灰分含量一般隨著炭化溫度升高而略有增多。這主要是因為炭化溫度升高,熱解加劇,竹炭中的化學鍵進一步斷裂,易與竹炭灰分中金屬元素形成金屬硫酸鹽及硅酸鹽等,因此竹炭灰分含量增加。不同竹材部位灰分含量也各不相同。這主要是由于竹材中竹青、竹黃、竹節(jié)中灰分含量各不相同,并且不同竹齡的竹材灰分含量變化不一,因而導致竹炭灰分含量分布不均。
15、竹炭的揮發(fā)分
竹炭在高溫下煅燒時生成二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氫氣等氣體,統(tǒng)稱揮發(fā)分。隨著炭化最高溫度升高,揮發(fā)分含量急劇下降,這是由于溫度越高,竹材炭化越充分,如二氧化碳、一氧化碳、甲烷等揮發(fā)分物質(zhì)被揮發(fā)掉或參與二次反應而導致留在竹炭中的揮發(fā)分物質(zhì)減少.不同部位竹材揮發(fā)分亦有差別,這主要是組成竹材的纖維素、半纖維素、本質(zhì)素含量各不相同。
16、竹炭的固定碳
固定碳是指在高溫下有效的碳元素的百分含量,在我國一般參照木炭的固定碳的計算方法,以竹炭絕干后的質(zhì)量見區(qū)其灰分含量和揮發(fā)分含量來計算。其計算公式: 固定碳=100-(A+V) 式中:A-揮發(fā)分含量%; V—灰分含量%。 固定碳含量是衡量竹炭量的重要指標之一,它直接標志著竹炭的燒制水平.隨著燒制溫度的升,固定碳含量顯著提高.這主要是因為炭化溫度高,揮發(fā)性物質(zhì)大量減少,而固定碳與揮發(fā)分含量又存在負相關(guān)性,所以固定碳含量增加。當溫度升高到一定程度(如800℃)后,其固定碳 含量增加變化很平緩,由此說明在燒制竹炭的過程中選擇并控制好最高溫度對提高和穩(wěn)定竹炭質(zhì)量是十分重要的。
17、竹炭的電阻
竹炭的電阻值和炭化溫度有著親切的關(guān)系,當竹材受熱溫度升高時,竹炭的電阻值降低,導電性增強,尤其是400℃~800℃之間變化更大,經(jīng)試驗我們發(fā)現(xiàn)在750℃~800℃時,電阻率出現(xiàn)了大幅度降低,之后變化趨穩(wěn)。由此可見,在溫度750℃附近竹炭電阻值有一個轉(zhuǎn)折點。竹炭有片炭、顆粒炭和粉末炭之分,應分別采用不同的測量方法.測量電阻的方法一般有充放電法、諧振回路法、電橋法等。
18、竹炭的精煉度
精煉度大日本木炭標準中用來測定木炭的炭化程度的一種方法,此項標準對指導生產(chǎn)與消費具有一定作用,常用精煉計來測定,它的原理是根據(jù)木炭電阻測定其炭化度,測定范圍是100—108Ω,其指數(shù)0-8稱為精煉度,109Ω以上的精煉度尾。炭化度越高,電阻值越小,精煉度值越小。一般炭化溫度與精煉度有如下關(guān)系: 精煉度 0 0-1 1-2 2—5 5—7 7-9 溫度(℃) ≥900 800—900 700—800 600—700 500—600 400—500 目前竹炭炭化程度也可參照木炭的精煉度來進行分等,精煉度高低同溫度、揮發(fā)分、水分、灰分等因素有關(guān)。
19、竹炭的熱值
物質(zhì)的熱值指單位質(zhì)量的燃料完全燃燒后冷卻到原來的溫度所放出的熱量。竹炭的熱值是作為燒烤或冶煉金屬用炭時的一項重要的理化指標。它實際上體現(xiàn)了物質(zhì)的儲存能量的大小。 一般來說,竹炭的熱值隨著炭化終點溫度升高而值增加。單位用焦耳/克(J/g)或卡/克(K/g)。
20、竹炭的比表面積
竹炭的比表面積是指單位質(zhì)量所占有表面積的大小。竹炭的孔隙是在高溫炭化過程中,基本微晶的結(jié)構(gòu)中除去部分的碳所產(chǎn)生的孔隙。
21、炭板
竹炭具有良好的導電性,可作為屏蔽材料,將竹炭與樹脂膠粘劑按一定的比例混合均勻,經(jīng)成型和熱壓制成一定厚度、尺寸、密度的復合板。這種板保留了竹炭得一些功能,同時具有一定的阻燃性、耐磨性和電磁屏蔽等功效.
22、納米光觸媒竹炭
納米改性竹炭是將具有光催化性能的納米材料TiO2(二氧化鈦)經(jīng)過特殊工藝負載到竹炭微孔壁上,使竹炭不僅保留了原來強有力的吸附性能而且利用納米光催化材料TiO2在光的作用下殺死細菌、病毒和將有毒、有害物質(zhì)(如:甲醛、苯、甲苯、氨等)分解為二氧化碳和水. 24、竹炭和遠紅外線 紅外光的波長可分為近紅外(波長0。78—2。5um),中紅外(波長2.5—50um)和遠紅外(波長50—300um)。產(chǎn)生遠紅外線必須具備兩個條件:1。輻射應具有剛好能滿足物質(zhì)遷躍時所需能量;2。輻射與物質(zhì)之間有偶合作用(相互作用),即物質(zhì)分子有偶極矩的改變。從結(jié)構(gòu)上看,竹炭是一種無定形碳,它的特殊微細構(gòu)造符合產(chǎn)生紅外線的條件,具體的大小應該經(jīng)過檢測為準。