工程科学学报.第42卷，第2期：172-178.2020年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.2:172-178,February 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.03.001;http://cje.ustb.edu.cn 钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲 醛性能 张 浩1,2)✉ 1)安徽工业大学建筑工程学院，马鞍山2430322)安徽工业大学治金减排与资源综合利用教育部重点实验室，马鞍山243002 区通信作者，E-mail:fengxul9821018@163.com 摘要以钢渣与生物质废弃材料为研究对象，利用钢渣中含有的金属氧化物对生物质废弃材料进行改性处理获得生态活 性炭，研究钢渣种类、钢渣粉磨时间和钢渣超微粉用量对生态活性炭降解甲醛性能的影响.利用X-射线荧光光谱仪(XRF)、 X射线衍射仪(XRD)、激光粒度仪(LPSA)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、比表面积及孔径测定仪(BET)和扫描电子显微 镜(SEM)测试钢渣超微粉的化学成分、钢渣超微粉的矿物组成、钢渣超微粉的粒径分布、钢渣超微粉的结构组成、生态活性 炭的孔结构和生态活性炭的微观形貌.结果表明：钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为90min,钢渣超微粉用量为20g制备的生 态活性炭具有良好的降解甲醛性能与合理的经济性，即10h后甲醛降解率为57.5%.电炉渣中Fe元素与Mn元素含量高，其 中F元素促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中形成富集，M元素对富集的甲醛进行催化降解，实现吸附降解与催化降解的 协同作用.适当延长钢渣粉磨时间可以减小钢渣超微粉的粒径大小与改善钢渣超微粉的粒度分布均匀程度，有利于提高钢 渣超微粉与活性炭、甲醛的降解作用面积.适量的钢渣超微粉可以提高生态活性炭的粉化率，抵消由于孔容积与比表面积降 低导致的活性炭吸附降解作用下降的问题 关键词钢渣：生物质废弃材料：生态活性炭：甲醛：改性 分类号X753 Preparation of ecological activated carbon based on steel slag-modified biomass waste material and its formaldehyde degradation performance ZHANG Hao2 1)School of Civil Engineering and Architecture,Anhui University of Technology,Ma'anshan 243032,China 2)Key Laboratory of Metallurgical Emission Reduction&Resources Recycling(Ministry of Education),Anhui University of Technology,Ma'anshan 243002,China Corresponding author,E-mail:fengxul9821018@163.com ABSTRACT With steel slag and biomass waste material as the research object,biomass waste material was modified by metal oxide in steel slag to obtain ecological activated carbon.The influences of steel slag type,grinding time of steel slag,and the amount of steel slag ultrafine powder on the formaldehyde degradation performance of ecological activated carbon were studied.The chemical composition of steel slag,mineral composition of steel slag,particle size distribution of steel slag,structural composition of steel slag ultrafine powder,the pore structure of ecological activated carbon,and the microstructure of ecological activated carbon were characterized by X- ray fluorescence X-ray diffraction,laser particle size distribution analysis,Fourier-transform infrared spectroscopy,Brunauer-Emmett- Teller analysis,and scanning electron microscopy,respectively.The results show that the prepared ecological activated carbon show 收稿日期：2019-02-03 基金项目：中国博士后科学基金资助项目(2017M612051为高校优秀青年骨干人才国外访学研修资助项目(ggwf2018021)片安徽省博士后 研究人员科研活动经费资助项目(2017B168):治金减排与资源综合利用教育部重点实验室（安徽工业大学）资助项目(KF17-08)
钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲 醛性能 张 浩1,2) 苣 1) 安徽工业大学建筑工程学院，马鞍山 243032 2) 安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室，马鞍山 243002 苣通信作者，E-mail：fengxu19821018@163.com 摘 要 以钢渣与生物质废弃材料为研究对象，利用钢渣中含有的金属氧化物对生物质废弃材料进行改性处理获得生态活 性炭，研究钢渣种类、钢渣粉磨时间和钢渣超微粉用量对生态活性炭降解甲醛性能的影响. 利用 X-射线荧光光谱仪（XRF）、 X-射线衍射仪（XRD）、激光粒度仪（LPSA）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、比表面积及孔径测定仪（BET）和扫描电子显微 镜（SEM）测试钢渣超微粉的化学成分、钢渣超微粉的矿物组成、钢渣超微粉的粒径分布、钢渣超微粉的结构组成、生态活性 炭的孔结构和生态活性炭的微观形貌. 结果表明：钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为 90 min，钢渣超微粉用量为 20 g 制备的生 态活性炭具有良好的降解甲醛性能与合理的经济性，即 10 h 后甲醛降解率为 57.5%. 电炉渣中 Fe 元素与 Mn 元素含量高，其 中 Fe 元素促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中形成富集，Mn 元素对富集的甲醛进行催化降解，实现吸附降解与催化降解的 协同作用. 适当延长钢渣粉磨时间可以减小钢渣超微粉的粒径大小与改善钢渣超微粉的粒度分布均匀程度，有利于提高钢 渣超微粉与活性炭、甲醛的降解作用面积. 适量的钢渣超微粉可以提高生态活性炭的粉化率，抵消由于孔容积与比表面积降 低导致的活性炭吸附降解作用下降的问题. 关键词 钢渣；生物质废弃材料；生态活性炭；甲醛；改性 分类号 X753 Preparation of ecological activated carbon based on steel slag-modified biomass waste material and its formaldehyde degradation performance ZHANG Hao1,2) 苣 1) School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Technology, Ma’anshan 243032, China 2) Key Laboratory of Metallurgical Emission Reduction & Resources Recycling (Ministry of Education), Anhui University of Technology, Ma’anshan 243002, China 苣 Corresponding author, E-mail: fengxu19821018@163.com ABSTRACT With steel slag and biomass waste material as the research object, biomass waste material was modified by metal oxide in steel slag to obtain ecological activated carbon. The influences of steel slag type, grinding time of steel slag, and the amount of steel slag ultrafine powder on the formaldehyde degradation performance of ecological activated carbon were studied. The chemical composition of steel slag, mineral composition of steel slag, particle size distribution of steel slag, structural composition of steel slag ultrafine powder, the pore structure of ecological activated carbon, and the microstructure of ecological activated carbon were characterized by Xray fluorescence X-ray diffraction, laser particle size distribution analysis, Fourier-transform infrared spectroscopy, Brunauer-EmmettTeller analysis, and scanning electron microscopy, respectively. The results show that the prepared ecological activated carbon show 收稿日期: 2019−02−03 基金项目: 中国博士后科学基金资助项目 (2017M612051)；高校优秀青年骨干人才国外访学研修资助项目 (gxgwfx2018021)；安徽省博士后 研究人员科研活动经费资助项目 (2017B168)；冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室 (安徽工业大学) 资助项目（KF17-08） 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期：172−178，2020 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 2: 172−178, February 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.03.001; http://cje.ustb.edu.cn
张浩：钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲醛性能 ·173· good formaldehyde degradation performance and reasonable economy;the degradation rate of formaldehyde after 10 h is 57.5%;when steel slag is electric furnace slag,the grinding time of the steel slag is 90 min,and the amount of steel slag ultrafine powder is 20 g.High contents of Fe and Mn were present in the electric furnace slag.Iron promoted the concentration of a large amount of formaldehyde in the porous structure of activated carbon,and Mn catalyzes the degradation of enriched formaldehyde,realizing the synergistic effect of adsorption degradation and catalytic degradation.Appropriately extending the grinding time of the steel slag can significantly reduce the particle size of the steel slag ultrafine powder and improve the particle size distribution uniformity of the steel slag ultrafine powder, which is beneficial to increasing the degradation area of steel slag ultrafine powder,activated carbon,and formaldehyde.An appropriate amount of steel slag ultrafine powder can improve the pulverization rate of ecological activated carbon and offset the decline of activated carbon adsorption performance due to the decrease of porosity and specific surface area of the activated carbon. KEY WORDS steel slag;biomass waste material;ecological activated carbon;formaldehyde;modified 人的一生大约80%的时间是在室内度过，因 炭降解甲醛性能的影响，并且利用X-射线荧光光 此室内环境作用与人最为频繁接触的场所，其空 谱仪(XRF)、X-射线衍射仪(XRD)、激光粒度仪 气质量的优劣将直接影响所居住人的身体健康山 (LPSA)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、比表面 目前随着人们对建筑保温绝热性能与室内装饰美 积及孔径测定仪(BET)和扫描电子显微镜(SEM) 化要求，造成室内环境挥发性有机化合物浓度提 对其进行测试与分析，以揭示生态活性炭降解甲 高，导致室内空气品质问题日益严重四，其中甲醛 醛的作用机理，实现“以废治危”的目的 是室内空气中典型污染物之一倒，已经成为研究室 1实验方法 内空气品质的焦点问题 活性炭是一种具有发达多孔结构与丰富比表 1.1原材料 面积的碳质材料，被大量应用于室内环境挥发性 钢渣复合助磨剂，自制：钢渣为热闷渣I、热闷 有机化合物的吸附“.然而一方面由于活性炭普 渣Ⅱ、电炉渣和风淬渣，马钢（集团）控股有限公 遍采用木材、竹子进行制备，导致成本高且不利于 司：核桃壳，陕西省当地自产；磷酸(H3PO4), 生态环境的可持续发展刃：另一方面活性炭的使 分析纯，国药集团化学试剂有限公司：盐酸(HCI), 用寿命短，容易造成室内环境的二次污染，因此极 分析纯，国药集团化学试剂有限公司：无水乙醇 大的限制了活性炭在室内环境去除污染物的应 (C2HO),分析纯，国药集团化学试剂有限公司；甲 用.根据相关文献可知.利用生物质废弃材料（如： 醛(CH2O),分析纯，成都市科龙化工试剂厂：实验 果壳、果核、秸秆等)制备活性炭，有利于生态环 用水均为去离子水 境的可持续发展，已经成为研究热点且取得相关 1.2材料制备 研究成果8-1ol;利用金属氧化物（如：V2O5、MnO2、 首先将450g核桃壳洗净且干燥后，利用变频 CuO、Fe2O3等)对活性炭进行改性，可以提高活性 行星式球磨机以转速400rmin粉磨60min,获得 炭的使用寿命与降解甲醛性能，但是会导致制备 核桃壳超微粉；将450g钢渣与9g钢渣复合助磨 成本的增加-).钢渣作为炼钢过程中产生的固 剂进行混合后，利用变频行星式球磨机以转速 体废弃物，其主要矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、 600rmin粉磨一定时间，获得钢渣超微粉.其次 钙镁橄榄石、铁铝酸钙及硅、镁、铁、锰、磷的氧 将50g核桃壳超微粉与100g磷酸进行混合后，利 化物形成的固熔体，还含少量游离氧化钙及金属 用超声功率为400W的超声波细胞破碎仪超声分 铁等4)，如果利用钢渣与生物质废弃材料进行 散45min,获得核桃壳超微粉溶液；将一定质量的 复合制备生态活性炭，利用钢渣中含有的金属氧 钢渣超微粉与100g去离子水进行混合且滴加盐 化物对生物质废弃材料进行改性处理，不仅解决 酸调节pH值至6.0后，利用超声功率为400W的 了改性活性炭成本高、环境破坏大的问题，而且拓 超声波细胞破碎仪超声分散45min,获得钢渣超 展了钢渣与生物质废弃材料的高附加值应用. 微粉溶液；将核桃壳超微粉溶液与钢渣超微粉溶 本研究采用钢渣与生物质废弃材料进行复 液进行混合且加入50g无水乙醇后，利用超声功 合，利用钢渣中含有的金属氧化物对生物质废弃 率为600W的超声波细胞破碎仪超声分散120min, 材料进行改性处理制备生态活性炭.研究钢渣种 获得生态活性炭前躯体.最后将生态活性炭前躯 类、钢渣粉磨时间和钢渣超微粉用量对生态活性 体放置于真空压强为-0.06MPa和温度为80℃的
good formaldehyde degradation performance and reasonable economy; the degradation rate of formaldehyde after 10 h is 57.5%; when steel slag is electric furnace slag, the grinding time of the steel slag is 90 min, and the amount of steel slag ultrafine powder is 20 g. High contents of Fe and Mn were present in the electric furnace slag. Iron promoted the concentration of a large amount of formaldehyde in the porous structure of activated carbon, and Mn catalyzes the degradation of enriched formaldehyde, realizing the synergistic effect of adsorption degradation and catalytic degradation. Appropriately extending the grinding time of the steel slag can significantly reduce the particle size of the steel slag ultrafine powder and improve the particle size distribution uniformity of the steel slag ultrafine powder, which is beneficial to increasing the degradation area of steel slag ultrafine powder, activated carbon, and formaldehyde. An appropriate amount of steel slag ultrafine powder can improve the pulverization rate of ecological activated carbon and offset the decline of activated carbon adsorption performance due to the decrease of porosity and specific surface area of the activated carbon. KEY WORDS steel slag；biomass waste material；ecological activated carbon；formaldehyde；modified 人的一生大约 80% 的时间是在室内度过，因 此室内环境作用与人最为频繁接触的场所，其空 气质量的优劣将直接影响所居住人的身体健康[1] . 目前随着人们对建筑保温绝热性能与室内装饰美 化要求，造成室内环境挥发性有机化合物浓度提 高，导致室内空气品质问题日益严重[2] ，其中甲醛 是室内空气中典型污染物之一[3] ，已经成为研究室 内空气品质的焦点问题. 活性炭是一种具有发达多孔结构与丰富比表 面积的碳质材料，被大量应用于室内环境挥发性 有机化合物的吸附[4−5] . 然而一方面由于活性炭普 遍采用木材、竹子进行制备，导致成本高且不利于 生态环境的可持续发展[6−7] ；另一方面活性炭的使 用寿命短，容易造成室内环境的二次污染，因此极 大的限制了活性炭在室内环境去除污染物的应 用. 根据相关文献可知，利用生物质废弃材料（如： 果壳、果核、秸秆等）制备活性炭，有利于生态环 境的可持续发展，已经成为研究热点且取得相关 研究成果[8−10] ；利用金属氧化物（如：V2O5、MnO2、 CuO、Fe2O3 等）对活性炭进行改性，可以提高活性 炭的使用寿命与降解甲醛性能，但是会导致制备 成本的增加[11−13] . 钢渣作为炼钢过程中产生的固 体废弃物，其主要矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、 钙镁橄榄石、铁铝酸钙及硅、镁、铁、锰、磷的氧 化物形成的固熔体，还含少量游离氧化钙及金属 铁等[14−15] ，如果利用钢渣与生物质废弃材料进行 复合制备生态活性炭，利用钢渣中含有的金属氧 化物对生物质废弃材料进行改性处理，不仅解决 了改性活性炭成本高、环境破坏大的问题，而且拓 展了钢渣与生物质废弃材料的高附加值应用. 本研究采用钢渣与生物质废弃材料进行复 合，利用钢渣中含有的金属氧化物对生物质废弃 材料进行改性处理制备生态活性炭. 研究钢渣种 类、钢渣粉磨时间和钢渣超微粉用量对生态活性 炭降解甲醛性能的影响，并且利用 X-射线荧光光 谱仪（XRF）、X-射线衍射仪（XRD）、激光粒度仪 （LPSA）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、比表面 积及孔径测定仪（BET）和扫描电子显微镜（SEM） 对其进行测试与分析，以揭示生态活性炭降解甲 醛的作用机理，实现“以废治危”的目的. 1 实验方法 1.1 原材料 钢渣复合助磨剂，自制；钢渣为热闷渣 I、热闷 渣 II、电炉渣和风淬渣，马钢（集团）控股有限公 司 ；核桃壳 ，陕西省当地自产 ；磷酸 （ H3PO4） ， 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；盐酸（HCl）， 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇 （C2H6O），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；甲 醛（CH2O），分析纯，成都市科龙化工试剂厂；实验 用水均为去离子水. 1.2 材料制备 首先将 450 g 核桃壳洗净且干燥后，利用变频 行星式球磨机以转速 400 r·min−1 粉磨 60 min，获得 核桃壳超微粉；将 450 g 钢渣与 9 g 钢渣复合助磨 剂进行混合后，利用变频行星式球磨机以转速 600 r·min−1 粉磨一定时间，获得钢渣超微粉. 其次 将 50 g 核桃壳超微粉与 100 g 磷酸进行混合后，利 用超声功率为 400 W 的超声波细胞破碎仪超声分 散 45 min，获得核桃壳超微粉溶液；将一定质量的 钢渣超微粉与 100 g 去离子水进行混合且滴加盐 酸调节 pH 值至 6.0 后，利用超声功率为 400 W 的 超声波细胞破碎仪超声分散 45 min，获得钢渣超 微粉溶液；将核桃壳超微粉溶液与钢渣超微粉溶 液进行混合且加入 50 g 无水乙醇后，利用超声功 率为 600 W 的超声波细胞破碎仪超声分散 120 min， 获得生态活性炭前躯体. 最后将生态活性炭前躯 体放置于真空压强为−0.06 MPa 和温度为 80 ℃ 的 张 浩： 钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲醛性能 · 173 ·
174 工程科学学报，第42卷，第2期 真空干燥箱进行活化240min后，利用煅烧温度为 表1钢渣种类对生态活性炭降解甲醛性能的影响 250℃的实验炉焙烧15min,获得生态活性炭 Table 1 Effect of steel slag types on the formaldehyde degradation 1.3性能测试与表征 performance of ecological activated carbon 降解甲醛性能测试根据《室内装饰装修材料 钢渣种类 钢渣粉磨时间/钢渣超微粉用量/10h后甲醛降解率/ min 0 人造板及其制品中甲醛释放限量》(GB18580一 2017),采用环境测试舱法进行测试61m,即取0.5mg 一 34.6 热闷渣！ 90 20 41.2 甲醛标准溶液滴加在培养皿上，将其放入环境测 热闷渣Ⅱ 90 20 43.9 试舱，使其充分挥发，即环境测试舱中的甲醛气体 电炉渣 90 20 57.5 质量浓度为0.5mgm3;将40g生态活性炭分散于 风淬渣 90 20 50.4 直径150mm的培养皿中，且将培养皿放入环境测 试舱底部：设定环境测试舱中温度23±1℃，相对 炭，其降解甲醛性能大幅提高，即10h后甲醛降解 湿度45%士5%，空气交换率每小时0吐0.02次和表面 率为41.2%~57.5%，其中以电炉渣改性生物质材 空气流速(0.1~0.3)ms,每1h采样一次，共10h. 料制备生态活性炭的降解甲醛性能最优，而以热 采用美国赛默飞世尔科技公司ARLAdvant'X 闷渣I与热闷渣Ⅱ改性生物质材料制备生态活性 IntellipowerTW3600型扫描型X-射线荧光光谱仪 炭的降解甲醛性能较差.说明一方面利用钢渣改 对钢渣超微粉的化学成分进行测试.采用德国 性生物质材料制备生态活性炭，可以显著提高活 Bruker公司D8 ADVANCE型X射线衍射对钢渣超 性炭的降解甲醛性能；另一方面不同钢渣化学成 微粉的矿物组成进行测试.采用珠海欧美克仪器 分的差异，对生态活性炭的降解甲醛性能会有重 有限公司LS-POP(9)型激光粒度仪对钢渣超微粉 要影响， 的粒径分布进行测试.采用美国赛默飞世尔科技 表2为钢渣的化学成分，可以看出热闷渣I、 有限公司Nicolet iS10型傅立叶变换红外光谱仪对 热闷渣Ⅱ、电炉渣和风淬渣的主要化学成分为 钢渣超微粉的结构组成进行测试，采用美国 CaO、Fe2O3、SiO2、Mg0、MnO、Al2O3、P2O5、TiO2 Micromeritics Instrument Corporation TriStarlI 和Cr2O3,其中电炉渣中Fe2O3与Mn0含量高，有 3020型全自动比表面和孔隙分析仪对生态活性炭 利于提高生态活性炭降解甲醛的性能，这是因为 的孔结构进行测试.采用美国FEI公司NANO 具有磁性的Fe元素可以提高活性炭对甲醛的吸 SEM430型场发射扫描电子显微镜对生态活性炭 附能力，促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中 的微观形貌进行测试 形成富集，有利于Mn元素对富集的甲醛进行催化 2结果与讨论 降解，从而实现吸附降解与催化降解的协同作 用，提高生态活性炭的降解甲醛性能.图1为钢渣 2.1钢渣种类对生态活性炭性能的影响 超微粉的X射线衍射图，可以看出热闷渣I、热闷 钢渣分别为热闷渣I、热闷渣Ⅱ、电炉渣和风 渣Ⅱ、电炉渣和风淬渣的主要物相组成为Ca2SiO4、 淬渣，钢渣粉磨时间为90min,钢渣超微粉用量为 CaSiO5、Ca2 Fe2SiO5、CaCO3、Ca(OH)2、MgO、 20g制备生态活性炭，其降解甲醛性能见表1 RO和CaO,其中热闷渣I、热闷渣Ⅱ、电炉渣和风 从表1可以看出，未利用钢渣改性生物质材料 淬渣中包含Fe元素的Ca,Fe,SiO,含量均较高，电 制备的活性炭，其降解甲醛性能低，即10h后甲醛 炉渣中包含Fe元素、Mn元素的RO含量最高，从 降解率仅为34.6%；分别利用热闷渣1、热闷渣Ⅱ、 而进一步说明Fe元素与Mn元素的协同作用可以 电炉渣和风淬渣改性生物质材料制备的生态活性 提高生态活性炭的降解甲醛性能. 表2 钢渣的化学成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of steel slag % 钢渣种类 Cao Fe2O3 SiOz Mgo MnO Al203 P2Os TiO Cr203 其他 热闷渣I 49.52 24.48 12.96 3.43 2.12 2.85 2.24 1.25 0.17 0.98 热闷渣Ⅱ 43.88 25.87 14.35 3.59 3.44 2.97 2.39 1.49 0.86 1.16 电炉渣 36.27 39.44 10.89 3.11 3.21 4.28 1.03 0.46 0.73 0.58 风淬渣 46.75 28.04 10.71 2.86 3.48 2.93 2.43 1.62 0.32 0.86
真空干燥箱进行活化 240 min 后，利用煅烧温度为 250 ℃ 的实验炉焙烧 15 min，获得生态活性炭. 1.3 性能测试与表征 降解甲醛性能测试根据《室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量》（GB18580— 2017），采用环境测试舱法进行测试[16−17] ，即取 0.5 mg 甲醛标准溶液滴加在培养皿上，将其放入环境测 试舱，使其充分挥发，即环境测试舱中的甲醛气体 质量浓度为 0.5 mg·m−3 ；将 40 g 生态活性炭分散于 直径 150 mm 的培养皿中，且将培养皿放入环境测 试舱底部；设定环境测试舱中温度 23±1 ℃，相对 湿度 45%±5%，空气交换率每小时 0±0.02 次和表面 空气流速（0.1～0.3） m·s−1 ，每 1 h 采样一次，共 10 h. 采用美国赛默飞世尔科技公司 ARLAdvant’X IntellipowerTW3600 型扫描型 X-射线荧光光谱仪 对钢渣超微粉的化学成分进行测试. 采用德国 Bruker 公司 D8ADVANCE 型 X 射线衍射对钢渣超 微粉的矿物组成进行测试. 采用珠海欧美克仪器 有限公司 LS-POP(9) 型激光粒度仪对钢渣超微粉 的粒径分布进行测试. 采用美国赛默飞世尔科技 有限公司 Nicolet iS10 型傅立叶变换红外光谱仪对 钢渣超微粉的结构组成进行测试 . 采用美 国 Micromeritics Instrument Corporation 公 司 TriStarII 3020 型全自动比表面和孔隙分析仪对生态活性炭 的孔结构进行测试 . 采用美 国 FEI 公 司 NANO SEM430 型场发射扫描电子显微镜对生态活性炭 的微观形貌进行测试. 2 结果与讨论 2.1 钢渣种类对生态活性炭性能的影响 钢渣分别为热闷渣 I、热闷渣 II、电炉渣和风 淬渣，钢渣粉磨时间为 90 min，钢渣超微粉用量为 20 g 制备生态活性炭，其降解甲醛性能见表 1. 从表 1 可以看出，未利用钢渣改性生物质材料 制备的活性炭，其降解甲醛性能低，即 10 h 后甲醛 降解率仅为 34.6%；分别利用热闷渣 I、热闷渣 II、 电炉渣和风淬渣改性生物质材料制备的生态活性 炭，其降解甲醛性能大幅提高，即 10 h 后甲醛降解 率为 41.2%～57.5%，其中以电炉渣改性生物质材 料制备生态活性炭的降解甲醛性能最优，而以热 闷渣 I 与热闷渣 II 改性生物质材料制备生态活性 炭的降解甲醛性能较差. 说明一方面利用钢渣改 性生物质材料制备生态活性炭，可以显著提高活 性炭的降解甲醛性能；另一方面不同钢渣化学成 分的差异，对生态活性炭的降解甲醛性能会有重 要影响. 表 2 为钢渣的化学成分，可以看出热闷渣 I、 热闷渣 II、电炉渣和风淬渣的主要化学成分为 CaO、Fe2O3、SiO2、MgO、MnO、Al2O3、P2O5、TiO2 和 Cr2O3，其中电炉渣中 Fe2O3 与 MnO 含量高，有 利于提高生态活性炭降解甲醛的性能，这是因为 具有磁性的 Fe 元素可以提高活性炭对甲醛的吸 附能力[18] ，促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中 形成富集，有利于 Mn 元素对富集的甲醛进行催化 降解[19] ，从而实现吸附降解与催化降解的协同作 用，提高生态活性炭的降解甲醛性能. 图 1 为钢渣 超微粉的 X 射线衍射图，可以看出热闷渣 I、热闷 渣 II、电炉渣和风淬渣的主要物相组成为 Ca2SiO4、 Ca3SiO5、 Ca2Fe2SiO5、 CaCO3、 Ca(OH)2、 MgO、 RO 和 CaO，其中热闷渣 I、热闷渣 II、电炉渣和风 淬渣中包含 Fe 元素的 Ca2Fe2SiO5 含量均较高，电 炉渣中包含 Fe 元素、Mn 元素的 RO 含量最高，从 而进一步说明 Fe 元素与 Mn 元素的协同作用可以 提高生态活性炭的降解甲醛性能. 表 1 钢渣种类对生态活性炭降解甲醛性能的影响 Table 1 Effect of steel slag types on the formaldehyde degradation performance of ecological activated carbon 钢渣种类 钢渣粉磨时间/ min 钢渣超微粉用量/ g 10 h后甲醛降解率/ % — — — 34.6 热闷渣I 90 20 41.2 热闷渣II 90 20 43.9 电炉渣 90 20 57.5 风淬渣 90 20 50.4 表 2 钢渣的化学成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of steel slag % 钢渣种类 CaO Fe2O3 SiO2 MgO MnO Al2O3 P2O5 TiO2 Cr2O3 其他 热闷渣I 49.52 24.48 12.96 3.43 2.12 2.85 2.24 1.25 0.17 0.98 热闷渣II 43.88 25.87 14.35 3.59 3.44 2.97 2.39 1.49 0.86 1.16 电炉渣 36.27 39.44 10.89 3.11 3.21 4.28 1.03 0.46 0.73 0.58 风淬渣 46.75 28.04 10.71 2.86 3.48 2.93 2.43 1.62 0.32 0.86 · 174 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期
张浩：钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲醛性能 175 2000 2000 (a) (b) -Ca,SiO,2-Ca,SiO,3-CaFe,SiOs 4-Caco, 1-Ca,SiO.2-Ca,SiO,3Ca,Fe,SiOs 4-Caco, $Ca(OH)6-Mgo 7R0 5-Ca(OH):6-MgO 1-R0 8-Ca0 1500 1500 1000 1000 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 60 70 2) 2a) 2000 2000 (c) (d) 1-Ca,SiO,2-Ca,SiO,3-Ca,Fe,SiO, 4-CaCO, 1-Ca,SiO,2-Ca,SiO,3-Ca,Fe,SiOs 4-CacO, S—CaOH)26-Mg0 7-R0 &-Ca0 $-Ca(OH):6-Mgo 7-R0 500 1500 1000 1000 0 4050 60 70 80 10 203040506070 80 20/) 20) 图1钢渣超微粉的X射线衍射图.(a)热闷渣L:(b)热闷渣山：(c)电炉渣：(d)风淬渣 Fig.1 XRD of steel slag ultrafine powder:(a)hot braised slag I;(b)hot braised slag II;(c)electric furnace slag;(d)wind slag 22钢渣粉磨时间对生态活性炭性能的影响 度分布宽度比系数，(dod1o)dso为粒径分布宽度， 钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间分别为60、90 粒度分布宽度比系数和粒径分布宽度越大，说明 和120min,钢渣超微粉用量为20g制备生态活性 钢渣超微粉的粒度分布均匀程度越宽.可以看出 炭，其降解甲醛性能见表3 随着钢渣粉磨时间的延长，钢渣超微粉的粒径大 小显著减小且粒度分布均匀程度改善，有利于提 表3钢渣粉磨时间对生态活性炭降解甲醛性能的影响 高钢渣超微粉与活性炭、甲醛的降解作用面积 Table 3 Effect of steel slag grinding time on the formaldehyde 进一步结合表4与表2可以看出，随着钢渣粉磨时 degradation performance of ecological activated carbon 间的延长，即钢渣粉磨时间从60min延长到90min 钢渣种类 钢渣粉磨时间/ 钢渣超微粉用量/10h后甲醛降解率/ min % 时，钢渣超微粉中大颗粒d0的粒径大幅减小，而 g 电炉渣 60 汤 小颗粒do的粒径小幅减小；同时钢渣粉磨时间从 45.2 电炉渣 90 20 57.5 90min延长到120min时，钢渣超微粉的粒径大小 电炉渣 120 20 58.4 无明显变化，这是因为钢渣中含有大量钙、铁、 硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物，以及少量游 从表3可以看出，随着钢渣粉磨时间的延长， 离氧化钙以及金属铁等，所以钢渣中存在一定含 生态活性炭降解甲醛性能呈现先大幅增加，后趋 向稳定的趋势，即10h后甲醛降解率为45.2%~ 表4钢渣超微粉的粒度分布 58.4%.当钢渣粉磨时间大于90min时，生态活性 Table 4 Particle size distribution of steel slag ultrafine powder 炭的10h后甲醛降解率接近60.0%，说明钢渣粉磨 钢渣粉磨时间min dao/um dso/umd1oJμmd/do(dsododso 时间将直接影响钢渣超微粉的粒度分布，从而影 60 13.745.061.38 9.96 2.44 9.873.591.04 9.49 2.46 响生态活性炭降解甲醛性能 90 表4钢渣超微粉的粒度分布，其中do/d1o为粒 120 9.423.43 1.029.24 2.45
2.2 钢渣粉磨时间对生态活性炭性能的影响 钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间分别为 60、90 和 120 min，钢渣超微粉用量为 20 g 制备生态活性 炭，其降解甲醛性能见表 3. 从表 3 可以看出，随着钢渣粉磨时间的延长， 生态活性炭降解甲醛性能呈现先大幅增加，后趋 向稳定的趋势，即 10 h 后甲醛降解率为 45.2%～ 58.4%. 当钢渣粉磨时间大于 90 min 时，生态活性 炭的 10 h 后甲醛降解率接近 60.0%，说明钢渣粉磨 时间将直接影响钢渣超微粉的粒度分布，从而影 响生态活性炭降解甲醛性能. 表 4 钢渣超微粉的粒度分布，其中 d90/d10 为粒 度分布宽度比系数，(d90-d10)/d50 为粒径分布宽度， 粒度分布宽度比系数和粒径分布宽度越大，说明 钢渣超微粉的粒度分布均匀程度越宽. 可以看出 随着钢渣粉磨时间的延长，钢渣超微粉的粒径大 小显著减小且粒度分布均匀程度改善，有利于提 高钢渣超微粉与活性炭、甲醛的降解作用面积. 进一步结合表 4 与表 2 可以看出，随着钢渣粉磨时 间的延长，即钢渣粉磨时间从 60 min 延长到 90 min 时，钢渣超微粉中大颗粒 d90 的粒径大幅减小，而 小颗粒 d90 的粒径小幅减小；同时钢渣粉磨时间从 90 min 延长到 120 min 时，钢渣超微粉的粒径大小 无明显变化，这是因为钢渣中含有大量钙、铁、 硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物，以及少量游 离氧化钙以及金属铁等，所以钢渣中存在一定含 表 3 钢渣粉磨时间对生态活性炭降解甲醛性能的影响 Table 3 Effect of steel slag grinding time on the formaldehyde degradation performance of ecological activated carbon 钢渣种类 钢渣粉磨时间/ min 钢渣超微粉用量/ g 10 h后甲醛降解率/ % 电炉渣 60 20 45.2 电炉渣 90 20 57.5 电炉渣 120 20 58.4 表 4 钢渣超微粉的粒度分布 Table 4 Particle size distribution of steel slag ultrafine powder 钢渣粉磨时间/min d90/μm d50/μm d10/μm d90/d10 (d90-d10)/d50 60 13.74 5.06 1.38 9.96 2.44 90 9.87 3.59 1.04 9.49 2.46 120 9.42 3.43 1.02 9.24 2.45 10 20 30 40 50 60 70 80 0 500 1000 1500 2000 7 4 8 7 7 6 5 4—CaCO3 5 5 3 2 2 1 相对强度 2θ/(°) 10 20 30 40 50 60 70 80 0 500 1000 1500 2000 相对强度 2θ/(°) 10 20 30 40 50 60 70 80 0 500 1000 1500 2000 相对强度 2θ/(°) 10 20 30 40 50 60 70 80 0 500 1000 1500 2000 相对强度 2θ/(°) 5—Ca(OH)2 6—MgO 7—RO 8—CaO 1—Ca2SiO4 2—Ca3SiO5 3—Ca2Fe2SiO5 4—CaCO3 5—Ca(OH)2 6—MgO 7—RO 8—CaO 1—Ca2SiO4 2—Ca3SiO5 3—Ca2Fe2SiO5 4—CaCO3 5—Ca(OH)2 6—MgO 7—RO 8—CaO 1—Ca2SiO4 2—Ca3SiO5 3—Ca2Fe2SiO5 4—CaCO3 5—Ca(OH)2 6—MgO 7—RO 8—CaO 1—Ca2SiO4 2—Ca3SiO5 3—Ca2Fe2SiO5 (a) 7 4 8 7 7 6 5 5 5 3 2 2 1 (b) 4 7 8 7 7 6 5 5 5 3 2 2 1 (c) 4 7 8 7 7 6 5 5 5 3 2 2 1 (d) 图 1 钢渣超微粉的 X 射线衍射图. （a） 热闷渣 I；（b） 热闷渣 II；（c） 电炉渣；（d） 风淬渣 Fig.1 XRD of steel slag ultrafine powder: (a) hot braised slag I; (b) hot braised slag II; (c) electric furnace slag; (d) wind slag 张 浩： 钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲醛性能 · 175 ·
.176 工程科学学报，第42卷，第2期 量的难磨性物质，导致延长钢渣粉磨时间对钢渣 钢渣超微粉的生态活性炭，随着钢渣超微粉用量 的粉磨效果有限201 的增加，生态活性炭的孔容积与比表面积呈现先 图2为钢渣与钢渣超微粉的傅立叶变换红外 小幅降低后大幅降低的趋势，而平均孔径变化较 光谱仪图，可以看出对比钢渣，钢渣超微粉在 小且稳定，这是因为钢渣超微粉已经包裹于活性 960cm处的沸石类相的特征吸收峰均明显增强， 炭的结构中，占据活性炭一部分孔结构，因此导致 说明钢渣复合助磨剂促使钢渣中玻璃体的粉磨 孔容积与比表面积的下降，而对平均孔径影响较 化，有利于钢渣超细粉的粒径减小：在3600cm 小.进一步结合表6、表5与表1可以看出，虽然 处新增N-H伸缩振动特征吸收峰，说明钢渣助磨 随着钢渣超微粉用量的增加，生态活性炭的孔容 剂的官能团已经吸附在钢渣超微粉表面，有利于 积与比表面积降低，会导致活性炭孔结构对甲醛 钢渣超细粉的粒度分布均匀程度改善 吸附降解作用下降，但是当钢渣超微粉用量为20g 时，生态活性炭的降解甲醛性能最优，这是因为钢 200 钢渣超微粉（钢渣粉磨时间90min) 渣中含有的Fe元素与Mn元素分别对甲醛具有良 好的吸附降解作用与催化降解作用，适量的钢渣 150 解 超微粉可以抵消由于孔容积与比表面积降低导致 钢渣 的活性炭吸附降解作用下降的问题.当钢渣超微 安 粉用量进一步增加时，即由于活性炭的用量固定， 50 造成过量的钢渣超细粉呈现团聚后被活性炭包裹 且占据大量孔结构，不仅破坏了生态活性炭的微 40003500 300025002000 15001000 孔结构，而且降低了生态活性炭与甲醛的接触面 波长/cm- 积，从而导致生态活性炭的降解甲醛性能降低 图2钢渣与钢渣超微粉的傅立叶变换红外光谱仪图 Fig.2 FTIR of steel slag and steel slag ultrafine powder 表6生态活性炭的孔结构 Table 6 Pore structure of ecological activated carbon 2.3钢渣超微粉用量对生态活性炭性能的影响 钢渣超微粉用量/ 孔容积 比表面积/ 平均孔径 钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为90min,钢渣 g (cm3g) (m2g) nm 超微粉用量分别为10、20和30g制备生态活性 0 0.76 1087 10.89 0 0.73 1032 10.74 炭，其降解甲醛性能见表5 20 0.68 971 10.60 表5钢渣超微粉用量对生态活性炭降解甲醛性能的影响 30 0.42 645 10.51 Table 5 Effect of the amount of steel slag ultrafine powder on the formaldehyde degradation performance of ecological activated 图3为生态活性炭的扫描描电镜图，可以看出 carbon 未添加钢渣超微粉的活性炭，即钢渣超微粉用量 钢渣种类 钢渣粉磨时间/钢渣超微粉用量/10h后甲醛降解率/ min g % 为0时，生态活性炭颗粒呈现良好且规则的外形， 电炉渣 90 10 43.6 层状结构清晰，说明活性炭具有丰富的孔结构，有 电炉渣 90 20 57.5 利于对甲醛的吸附降解；当钢渣超微粉用量为10g 电炉渣 90 30 52.6 时，生态活性炭颗粒依然呈现良好的外形与层状 结构，说明少量的钢渣超微粉较好的充填于活性 从表5可以看出，钢渣超微粉用量分别为10、20 炭中，没有破坏活性炭的结构：当钢渣超微粉用量 和30g制备的生态活性炭，其降解甲醛性能呈现先 为20g时，生态活性炭颗粒粒径明显减小且层状 大幅增加，后小幅降低的趋势，即10h后甲醛降解 结构依然清晰，说明适量的钢渣超微粉有利于提 率为43.6%~57.5%.当钢渣超微粉用量为20g时， 高生态活性炭的粉化率，进一步抵消由于孔容积 生态活性炭的降解甲醛性能达到最优，即10h后甲 与比表面积降低导致的活性炭吸附降解作用下降 醛降解率为57.5%，说明钢渣超微粉用量将影响生 的问题；当钢渣超微粉用量为30g时，生态活性炭 态活性炭的多孔结构.从而影响其降解甲醛性能. 颗粒粒径大小呈现明显的不均匀，其中大粒径颗 表6为生态活性炭的孔结构，可以看出未添加 粒的层状结构消失，小粒径颗粒表面出现钢渣超 钢渣超微粉的活性炭，其具有良好的孔结构：添加 微粉团聚的现象，说明过量的钢渣超微粉破坏了
量的难磨性物质，导致延长钢渣粉磨时间对钢渣 的粉磨效果有限[20] . 图 2 为钢渣与钢渣超微粉的傅立叶变换红外 光谱仪图 ，可以看出对比钢渣 ，钢渣超微粉在 960 cm−1 处的沸石类相的特征吸收峰均明显增强， 说明钢渣复合助磨剂促使钢渣中玻璃体的粉磨 化，有利于钢渣超细粉的粒径减小；在 3600 cm−1 处新增 N−H 伸缩振动特征吸收峰，说明钢渣助磨 剂的官能团已经吸附在钢渣超微粉表面，有利于 钢渣超细粉的粒度分布均匀程度改善. 2.3 钢渣超微粉用量对生态活性炭性能的影响 钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为 90 min，钢渣 超微粉用量分别为 10、20 和 30 g 制备生态活性 炭，其降解甲醛性能见表 5. 从表 5 可以看出，钢渣超微粉用量分别为 10、20 和 30 g 制备的生态活性炭，其降解甲醛性能呈现先 大幅增加，后小幅降低的趋势，即 10 h 后甲醛降解 率为 43.6%～57.5%. 当钢渣超微粉用量为 20 g 时， 生态活性炭的降解甲醛性能达到最优，即 10 h 后甲 醛降解率为 57.5%，说明钢渣超微粉用量将影响生 态活性炭的多孔结构，从而影响其降解甲醛性能. 表 6 为生态活性炭的孔结构，可以看出未添加 钢渣超微粉的活性炭，其具有良好的孔结构；添加 钢渣超微粉的生态活性炭，随着钢渣超微粉用量 的增加，生态活性炭的孔容积与比表面积呈现先 小幅降低后大幅降低的趋势，而平均孔径变化较 小且稳定，这是因为钢渣超微粉已经包裹于活性 炭的结构中，占据活性炭一部分孔结构，因此导致 孔容积与比表面积的下降，而对平均孔径影响较 小. 进一步结合表 6、表 5 与表 1 可以看出，虽然 随着钢渣超微粉用量的增加，生态活性炭的孔容 积与比表面积降低，会导致活性炭孔结构对甲醛 吸附降解作用下降，但是当钢渣超微粉用量为 20 g 时，生态活性炭的降解甲醛性能最优，这是因为钢 渣中含有的 Fe 元素与 Mn 元素分别对甲醛具有良 好的吸附降解作用与催化降解作用，适量的钢渣 超微粉可以抵消由于孔容积与比表面积降低导致 的活性炭吸附降解作用下降的问题. 当钢渣超微 粉用量进一步增加时，即由于活性炭的用量固定， 造成过量的钢渣超细粉呈现团聚后被活性炭包裹 且占据大量孔结构，不仅破坏了生态活性炭的微 孔结构，而且降低了生态活性炭与甲醛的接触面 积，从而导致生态活性炭的降解甲醛性能降低. 图 3 为生态活性炭的扫描描电镜图，可以看出 未添加钢渣超微粉的活性炭，即钢渣超微粉用量 为 0 时，生态活性炭颗粒呈现良好且规则的外形， 层状结构清晰，说明活性炭具有丰富的孔结构，有 利于对甲醛的吸附降解；当钢渣超微粉用量为 10 g 时，生态活性炭颗粒依然呈现良好的外形与层状 结构，说明少量的钢渣超微粉较好的充填于活性 炭中，没有破坏活性炭的结构；当钢渣超微粉用量 为 20 g 时，生态活性炭颗粒粒径明显减小且层状 结构依然清晰，说明适量的钢渣超微粉有利于提 高生态活性炭的粉化率，进一步抵消由于孔容积 与比表面积降低导致的活性炭吸附降解作用下降 的问题；当钢渣超微粉用量为 30 g 时，生态活性炭 颗粒粒径大小呈现明显的不均匀，其中大粒径颗 粒的层状结构消失，小粒径颗粒表面出现钢渣超 微粉团聚的现象，说明过量的钢渣超微粉破坏了 表 5 钢渣超微粉用量对生态活性炭降解甲醛性能的影响 Table 5 Effect of the amount of steel slag ultrafine powder on the formaldehyde degradation performance of ecological activated carbon 钢渣种类 钢渣粉磨时间/ min 钢渣超微粉用量/ g 10 h后甲醛降解率/ % 电炉渣 90 10 43.6 电炉渣 90 20 57.5 电炉渣 90 30 52.6 表 6 生态活性炭的孔结构 Table 6 Pore structure of ecological activated carbon 钢渣超微粉用量/ g 孔容积/ (cm3 ·g−1) 比表面积/ (m2 ·g−1) 平均孔径/ nm 0 0.76 1087 10.89 10 0.73 1032 10.74 20 0.68 971 10.60 30 0.42 645 10.51 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 0 50 100 150 200 钢渣 相对透光率 波长/cm−1 钢渣超微粉 (钢渣粉磨时间 90 min) 图 2 钢渣与钢渣超微粉的傅立叶变换红外光谱仪图 Fig.2 FTIR of steel slag and steel slag ultrafine powder · 176 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期
张浩：钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲醛性能 177 (b) 2001a0 30 2" (c) (d) 示 的.的2n己 图3生态活性炭的扫描电镜图.(a)钢渣超微粉用量为0：(b)钢渣超微粉用量为10g:(c)钢渣超微粉用量为20g:()钢渣超微粉用量为30g Fig.3 SEM of ecological activated carbon:(a)the amount of steel slag ultrafine powder is 0;(b)the amount of steel slag ultrafine powder is 10 g:(c)the amount of steel slag ultrafine powder is 20 g,(d)the amount of steel slag ultrafine powder is 30 g 活性炭的微孔结构 with heterojunctions highly efficient for visible-light treatment of dye-containing wastewater.Ind Eng Chem Res,2012,51(19): 3结论 6760 (1)钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为90min,钢 [2]Zhao D,Peng T Y,Liu M,et al.Fabrication,characterization and photocatalytic activity of Gd"-doped titania nanoparticles with 渣超微粉用量为20g制备的生态活性炭具有良好 mesostructure.Microporous Mesoporous Mater,2008,114(1-3): 的降解甲醛性能与合理的经济性，即10h后甲醛 166 降解率为57.5%. [3]Hsu N Y,Chen P Y,Chang H W,et al.Changes in profiles of (2)电炉渣中Fe2zO3与Mn0含量高，具有磁性 airborne fungi in flooded homes in southern Taiwan after Typhoon 的F®元素可以提高活性炭对甲醛的吸附能力，促 Morakot.Sci Total Environ,2011,409(9):1677 使大量甲醛在活性炭的多孔结构中形成富集， [4]Lee J,Kim J,Hyeon T.Recent progress in the synthesis of porous Mn元素对富集的甲醛进行催化降解，实现吸附降 carbon materials.Adv Mater,2006,18(6):2073 [5]Zhang X L,Zhang Y,Wang SS,et al.Effect of activation agents 解与催化降解的协同作用. on the surface chemical properties and desulphurization (3)适当延长钢渣粉磨时间可以减小钢渣超 performance of activated carbon.Sci China Technol Sci.2010. 微粉的粒径大小与改善钢渣超微粉的粒度分布均 53(9):2515 匀程度，有利于提高钢渣超微粉与活性炭、甲醛的 [6]He Y Y.Qi C J,Zhong W J.et al.A study on the adsorption of 降解作用面积 Pbin wastewater by walnut shell supported-Fe.Fine Chem, (4)钢渣对甲醛具有吸附降解作用与催化降 2014,31(4):480 解作用，适量的钢渣超微粉可以提高生态活性炭 (何元渊，祁彩菊，仲万军，等.核桃壳质负载纳米零价铁吸附废 水中的Pb2+.精细化工，2014,31(4)：480) 的粉化率，抵消由于孔容积与比表面积降低导致 [7]Han B,Zhou M H,Rong D.Preparation and characterization of 的活性炭吸附降解作用下降的问题 activated carbon from rice straw.JAgro-Environ Sci,2009,28(4): 828 参考文献 (韩彬，周美华，荣达.稻草秸秆活性炭的制备及其表征.农业环 [1]Chen L,Yin S F,Luo S L,et al.Bi2O.CO:/BiOl photocatalysts 境科学学报，2009,28(4)：828)
活性炭的微孔结构. 3 结论 （1）钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为 90 min，钢 渣超微粉用量为 20 g 制备的生态活性炭具有良好 的降解甲醛性能与合理的经济性，即 10 h 后甲醛 降解率为 57.5%. （2）电炉渣中 Fe2O3 与 MnO 含量高，具有磁性 的 Fe 元素可以提高活性炭对甲醛的吸附能力，促 使大量甲醛在活性炭的多孔结构中形成富集 ， Mn 元素对富集的甲醛进行催化降解，实现吸附降 解与催化降解的协同作用. （3）适当延长钢渣粉磨时间可以减小钢渣超 微粉的粒径大小与改善钢渣超微粉的粒度分布均 匀程度，有利于提高钢渣超微粉与活性炭、甲醛的 降解作用面积. （4）钢渣对甲醛具有吸附降解作用与催化降 解作用，适量的钢渣超微粉可以提高生态活性炭 的粉化率，抵消由于孔容积与比表面积降低导致 的活性炭吸附降解作用下降的问题. 参 考 文 献 Chen L, Yin S F, Luo S L, et al. Bi2O2CO3 [1] /BiOI photocatalysts with heterojunctions highly efficient for visible-light treatment of dye-containing wastewater. Ind Eng Chem Res, 2012, 51（19）: 6760 Zhao D, Peng T Y, Liu M, et al. Fabrication, characterization and photocatalytic activity of Gd3+-doped titania nanoparticles with mesostructure. Microporous Mesoporous Mater, 2008, 114（1-3）: 166 [2] Hsu N Y, Chen P Y, Chang H W, et al. Changes in profiles of airborne fungi in flooded homes in southern Taiwan after Typhoon Morakot. Sci Total Environ, 2011, 409（9）: 1677 [3] Lee J, Kim J, Hyeon T. Recent progress in the synthesis of porous carbon materials. Adv Mater, 2006, 18（6）: 2073 [4] Zhang X L, Zhang Y, Wang S S, et al. Effect of activation agents on the surface chemical properties and desulphurization performance of activated carbon. Sci China Technol Sci, 2010, 53（9）: 2515 [5] He Y Y, Qi C J, Zhong W J, et al. A study on the adsorption of Pb2+ in wastewater by walnut shell supported-Fe0 . Fine Chem, 2014, 31（4）: 480 （何元渊, 祁彩菊, 仲万军, 等. 核桃壳质负载纳米零价铁吸附废 水中的Pb2+ . 精细化工, 2014, 31（4）：480 ） [6] Han B, Zhou M H, Rong D. Preparation and characterization of activated carbon from rice straw. J Agro-Environ Sci, 2009, 28（4）: 828 （韩彬, 周美华, 荣达. 稻草秸秆活性炭的制备及其表征. 农业环 境科学学报, 2009, 28（4）：828 ） [7] (a) (b) (c) (d) 图 3 生态活性炭的扫描电镜图. （a） 钢渣超微粉用量为 0；（b） 钢渣超微粉用量为 10 g；（c） 钢渣超微粉用量为 20 g；（d） 钢渣超微粉用量为 30 g Fig.3 SEM of ecological activated carbon: (a) the amount of steel slag ultrafine powder is 0; (b) the amount of steel slag ultrafine powder is 10 g; (c) the amount of steel slag ultrafine powder is 20 g; (d) the amount of steel slag ultrafine powder is 30 g 张 浩： 钢渣改性生物质废弃材料制备生态活性炭及其降解甲醛性能 · 177 ·
·178 工程科学学报，第42卷，第2期 [8]Sun Y,Webley P A.Preparation of activated carbons from [15]Morel F,Bounor-Legare V,Espuche E,et al.Surface modification corncob with large specific surface area by a variety of chemical of calcium carbonate nanofillers by fluoro-and alkyl-alkoxysilane: activators and their application in gas storage.Chem Eng J,2010, Consequences on the morphology,thermal stability and gas barrier 162(3):883 properties of polyvinylidene fluoride nanocomposites.Eur Polym [9]Sun K,Jiang J C.Preparation and characterization of activated J,2012,48(5):919 carbon from rubber-seed shell by physical activation with steam. [16]Zhang H.Fang Y.Temperature dependent photoluminescence of Biomass Bioenergy,2010,34(4):539 surfactant assisted electrochemically synthesized ZnSe [10]Zabihi M,Ahmadpour A,Asl A H.Removal of mercury from nanostructures.JAlloys Compd,2019,781:201 water by carbonaceous sorbents derived from walnut shell.J [17]Zhang H.Cu-Ce/TiO moisture performance based on Haard Mater,2009,1671-3):230 photocatalytic performance.Mater Eng,2018,46(1):114 [11]Fang N J,Guo J X,Shu S,et al.Influence of textures,oxygen- (张浩.基于光催化性能的Cu-Ce/Tio2湿性能.材料工程，2018， containing functional groups and metal species on SO2 and NO 46(1):114) removal over Ce-Mn/NAC.Fuel,2017,202:328 [12]Yao G H,Gui K T,Wang F.Low-temperature De-NO,by [18]Fu Y L,Zhang Y F.Li G Q,et al.NO removal activity and surface characterization of activated carbon with oxidation modification. selective catalytic reduction based on iron-based catalysts.Chem Eng Technol,,2010,33(7):1093 Energy Inst,2017,90(5:813 [13]Ding J.Zhong Q,Zhang S L.Catalytic efficiency of iron oxides in [19]Guo YY,Li Y R,Zhu T Y,et al.Investigation of SO,and NO decomposition of H2O2,for simultaneous NO,and SO2 removal: adsorption species on activated carbon and the mechanism of NO Effect of calcination temperature.J Mol Catal A Chem,2014,393: promotion effect on SO.Fuel,2015,143:536 222 [20]Zhang H,Zhang X Y,Long H M.Spectroscopic analysis of weak [14]Ramezanianpour AA,Kazemian A,Moghaddam M A,et al. acid modified steel slag powder.Spectrosc Spect Anal,2018, Studying effects of low-reactivity GGBFS on chloride resistance 38(11:3502 of conventional and high strength concretes.Mater Struct,2016, (张浩，张欣雨，龙红明.弱酸改性钢渣微粉的光谱学分析.光谱 49(7):2597 学与光谱分析，2018.38(11)：3502)
Sun Y, Webley P A. Preparation of activated carbons from corncob with large specific surface area by a variety of chemical activators and their application in gas storage. Chem Eng J, 2010, 162（3）: 883 [8] Sun K, Jiang J C. Preparation and characterization of activated carbon from rubber-seed shell by physical activation with steam. Biomass Bioenergy, 2010, 34（4）: 539 [9] Zabihi M, Ahmadpour A, Asl A H. Removal of mercury from water by carbonaceous sorbents derived from walnut shell. J Hazard Mater, 2009, 167（1-3）: 230 [10] Fang N J, Guo J X, Shu S, et al. Influence of textures, oxygencontaining functional groups and metal species on SO2 and NO removal over Ce-Mn/NAC. Fuel, 2017, 202: 328 [11] Yao G H, Gui K T, Wang F. Low-temperature De-NOx by selective catalytic reduction based on iron-based catalysts. Chem Eng Technol, 2010, 33（7）: 1093 [12] Ding J, Zhong Q, Zhang S L. Catalytic efficiency of iron oxides in decomposition of H2O2 , for simultaneous NOx and SO2 removal: Effect of calcination temperature. J Mol Catal A Chem, 2014, 393: 222 [13] Ramezanianpour A A, Kazemian A, Moghaddam M A, et al. Studying effects of low-reactivity GGBFS on chloride resistance of conventional and high strength concretes. Mater Struct, 2016, 49（7）: 2597 [14] Morel F, Bounor-Legaré V, Espuche E, et al. Surface modification of calcium carbonate nanofillers by fluoro- and alkyl-alkoxysilane: Consequences on the morphology, thermal stability and gas barrier properties of polyvinylidene fluoride nanocomposites. Eur Polym J, 2012, 48（5）: 919 [15] Zhang H. Fang Y. Temperature dependent photoluminescence of surfactant assisted electrochemically synthesized ZnSe nanostructures. J Alloys Compd, 2019, 781: 201 [16] Zhang H. Cu−Ce/TiO2 moisture performance based on photocatalytic performance. J Mater Eng, 2018, 46（1）: 114 （张浩. 基于光催化性能的Cu−Ce/TiO2湿性能. 材料工程, 2018, 46（1）：114 ） [17] Fu Y L, Zhang Y F, Li G Q, et al. NO removal activity and surface characterization of activated carbon with oxidation modification. J Energy Inst, 2017, 90（5）: 813 [18] Guo Y Y, Li Y R, Zhu T Y, et al. Investigation of SO2 and NO adsorption species on activated carbon and the mechanism of NO promotion effect on SO2 . Fuel, 2015, 143: 536 [19] Zhang H, Zhang X Y, Long H M. Spectroscopic analysis of weak acid modified steel slag powder. Spectrosc Spect Anal, 2018, 38（11）: 3502 （张浩, 张欣雨, 龙红明. 弱酸改性钢渣微粉的光谱学分析. 光谱 学与光谱分析, 2018, 38（11）：3502 ） [20] · 178 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期
