炭之基本性質

回木炭  炭博士專欄 

1. pH

    不同的碳化溫度所得碳化物之pH值也不盡相同,在溫度400℃附近低溫碳化之木炭為微酸性。溫度600℃~700℃以上高溫碳化之木炭則為鹼性。因此,在低溫下碳化之木炭可吸著鹼性之Ammonia或Amino類化合物,而在高溫下碳化之木炭則可吸著有機酸或無機酸。另外,竹材即使在低溫下碳化,亦屬鹼性。

2. 與水之親和性

    低溫碳化時,因木炭表面會附著疏水性化合物,與水之親和性較小;但在高溫碳化時,這些化合物會揮發,成為親水性表面,則與水之親和性會變大。

3. 固定碳元素

    日本扁柏及柳杉在不同溫度下進行碳化,顯示固定碳元素會隨碳化溫度之增加而增大。

日本扁柏與柳杉不同碳化溫度所得木炭性質

樹種

碳化溫度

()

 

(%)

揮發成分

(%)

 

(%)

固定碳元素

(%)

 日本扁柏

400

500

600

700

800

900

1000

34

27

24

23

23

19

20

40.7

26.0

16.0

6.4

4.1

3.8

4.5

0.1

0.3

0.7

0.4

0.6

1.3

1.3

59.2

73.7

83.3

93.2

95.3

94.9

94.2

 

400

500

600

700

800

900

38

30

29

26

25

23

44.6

36.1

15.1

7.6

6.7

5.9

0.1

0.1

0.5

0.6

0.7

1.3

54.9

63.8

84.4

91.6

92.5

92.8

 

4.比表面積

木炭可作水質或空氣之淨化或調濕材,土壤改良材,氣體吸著材而發揮其效用即因其多孔性(0.1mm以下之微視孔﹐至數10mm以上之巨視孔為止)所造成內部表面積很大之緣故。一般上,碳化最高溫度為400700℃之黑炭(櫟木﹐栗木)之比表面積為350400 m2/g﹐碳化最高溫度為1000℃之白炭(櫟木﹐堅木)200250 m2/g。石原以柳杉粉末進行碳化,並與市售的活性碳進行比較,顯示木炭之比面積在碳化溫度1000℃時有最大值,而此值約為活性碳的一半。

 不同碳化溫度所得柳杉木炭之比表面積

   

 

()

(m2/g)

木材粉末

0.541

   

200

600

1000

1400

1800

2200

0.194

1.127

616.6

306.8

280.5

103.4

活性碳

1209

5.細孔徑分布

碳化物之細孔徑分布會受碳化溫度之影響。碳化溫度低之場合﹐會形成各種直徑之細孔﹐碳化溫度增高時則形成一定直徑之細孔。依用途細孔徑分布亦會不同。而不同材料碳化所得之細孔徑分布亦不相同。

  各種碳化物之細孔分析

 

全細孔容積(cc/g)

全細孔比表面積(m2/g)

平均細孔直徑(μm)

容積重(g/cc)

真比重(g/cc)

空孔率(%)

2.5792

9.8280

1.0498

0.2828

1.0455

72.9473

落葉松炭

2.4866

11.4178

0.8711

0.2886

1.0223

71.7671

0.7529

55.7715

0.0540

0.6864

1.4202

51.6732

孟宗竹炭

0.6587

49.1600

0.0536

0.6576

1.1602

43.3174

0.3764

33.4178

0.0451

0.8809

1.3179

33.1584

   

0.3656

0.0259

56.4988

1.3048

2.4950

47.7045

6.吸著性能

木炭之吸著性能會受碳化溫度之影響。碳化溫度與碘元素及水蒸汽吸著性能之關係﹐碘元素吸著量在碳化溫度600℃時為最大﹐400℃低溫碳化與1000℃高溫碳化之附近則為低吸著量。另外﹐水蒸汽吸著量在碳化溫度300600℃之範圍之吸著量較少﹐其後在碳化溫度增加時其吸著量會增大。如此依碳化溫度不同吸著性能亦會不同﹐但依吸著物之不同﹐吸著性能亦會不同﹐所以應依不同吸著物之需要,來選擇最適宜之碳化溫度。

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