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 ·