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科技让竹炭成为人类的“健康卫士”

 
 
发布日期:2013-01-18访问次数: 信息来源:本网讯
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  在很多人眼里,黑黑的竹炭脏兮兮的,但是中国工程院院士、浙江农林大学教授张齐生和他的团队却用了近10年的时间,潜心开展“竹炭生产关键技术、应用机理及系列产品开发”项目的研究工作,不仅发现了竹炭具有吸收甲醛等有毒气体、净化水质、产生红外线和负离子、释放微量元素的功能,更科学地阐明了竹炭作为环保和保健产品的机理。这项研究的相关成果在浙江省遂昌县文照竹炭有限公司等企业应用后,产生了巨大的经济效益,让竹炭成了人类的“健康卫士”。

  2012年2月在北京举行的2011年度国家科学技术奖励大会上,由浙江农林大学张齐生院士主持,浙江农林大学、南京林业大学、遂昌县文照竹炭有限公司等7家单位的10多名专家、教授参与,历时近10年进行研究的“竹炭生产关键技术、应用机理及系列产品开发”项目,获得了国家科技进步奖二等奖,受到了党和国家领导人的表彰。截至目前,根据该项目的研究成果已经先后开发了300多个竹炭产品,在竹产区建成了20多条竹炭示范生产线。

  竹炭项目的研究背景

  我国竹材资源十分丰富,竹林面积居世界首位。据统计,我国现有竹林面积551万公顷,占全球竹林面积的25%,其中毛竹面积350多万公顷。浙江省现有竹林面积83万多公顷,年产毛竹1.7亿株,2011年年产值达327亿元,竹材产量、产值均居全国首位。竹子资源是可再生的非木材资源,具有生产周期短、成材快,更新易、再生能力强、用途广泛等优点,是在多方面可以代替木材使用的具有重要经济、生态、社会效益的森林资源。

  事实上,中国不仅是世界上最大的产竹国,也是最大的竹炭生产国。随着中国经济的发展,人们的环保意识逐渐增强,开始追求健康、安全、环保、回归自然的生活方式,而这种生活方式在日本、韩国等经济发达的国家已经十分盛行。19世纪末,人们已经开始比较多地使用环保、健康的木炭产品。由于全球的资源日益枯竭,尤其是天然林资源的匮乏,木炭的生产逐渐被禁止,人们开始寻找木炭的替代品——竹炭。虽然日本也生产竹炭,但由于受资源、劳动力成本等因素的影响,竹炭的生产规模和数量都不大,相当于中国的作坊式企业。

  竹炭是一种用5年生以上的老毛竹为原料,在高温、无氧或缺氧的条件下,使竹材受热分解而得到的固体产物。在中国生产、使用竹炭历史悠久,作为燃料的一种,竹炭早已进入千家万户。随着人们生活水平的提高和世界生态环境的不断恶化,崇尚大自然、回归大自然的生活理念深入人心,以竹炭为原料的保健品也开始被大家所认识。说起从事竹炭研究的想法,张齐生院士说:“中国竹类资源丰富,如果我们率先对竹炭进行科学研究,设计开发出先进的竹炭生产设备,制定出竹炭生产的工艺条件和行业标准,无论是对于竹炭产业的发展,还是增加农民收入都有积极的意义。”

   竹炭项目的研究成果

  在这样的考量下,张齐生院士带领项目组成员,与南京林业大学、福建农林大学等科研院所及浙江省、福建省省内的多家企业共同合作,在科技部、浙江省和福建省有关部门的支持下,率先对竹炭生产的关键技术、竹炭产品质量的影响因素及竹炭各种功能的作用机理等方面进行深入、系统的研究,并在研究成果的基础上开发了竹炭、竹醋液系列产品。该成果的成功研发使得竹材利用率达到了100%,拓宽了竹材的可利用领域,提高了竹炭产品的附加值,推动了浙江省乃至全国竹炭产业的进一步发展,成为引领农民脱贫致富的重要力量。

  1999年,张齐生院士和自己带的博士生周建斌、张文标等一起,开始针对竹炭生产关键技术以及应用机理进行研究,这项研究工作得到了浙江省科技厅的大力支持。2002年和2003年,项目组先后2次获得浙江省科技厅的项目资助,这使竹炭的研究开发有了经费保障。项目组先后联合衢州民心炭业有限公司、遂昌文照竹炭有限公司等近10家竹炭企业,共同对相关技术进行进一步的研发、推广和应用,使理论研究成果能够尽快地应用于实践。在研究过程中,项目组还主持召开了国际竹炭、竹醋液学术研讨会,邀请中外专家共同进行学术交流,以提升项目组的研究水平。

  张齐生院士说:“我们经研究发现,不同炭化温度下的竹炭,对空气中的甲醛、苯、甲苯、氨等有毒、有害气体的吸附均有明显效果,可以持续吸附24天,最大的吸附值分别为:900℃的竹炭,甲醛的吸附率为19.4%;700℃的竹炭,苯的吸附率为14.6%;500℃的竹炭,甲苯的吸附率为13.5%;300℃的竹炭,氨的吸附率为30.7%。竹炭是一种高性能的吸附材料,对各种有毒、有害气体的吸附性能是不同的,可以根据不同的环境,选择不同工艺条件下的竹炭。”项目组通过研究,在国际上首次发现了竹炭的结构不同于木炭,具有木炭所不具有的微观结构和多种性能。竹材的微管束、薄壁细胞、导管形成的竹炭微观空隙结构,其形状类似并接近于由五元环和六元环所形成的富勒碳和碳纳米管结构。竹炭不仅能有效吸附空气和水中的有害气体和有害物质,更能释放出有利于身体健康的负离子、红外线、微量元素及矿物元素。项目组的研究揭示了竹炭释放负离子、产生远红外线及具有屏蔽效应的作用机理,科学地阐明了竹炭作为环保和保健产品的机理,为竹炭系列产品的开发提供了理论依据。

  在研究过程中,项目组成员还先后研制了机械化竹炭生产设备,揭示了炭化温度与竹炭的比表面积、得率及各项理化性能之间的关系,并将其应用于生产;指导企业开发了以竹炭、竹醋液为原料的300多个品种的产品;制定了空气净化用竹炭的国家标准,规范了竹炭生产企业的产品质量标准,为产品的开发和正确引导消费提供了依据。项目组在项目研究过程中共获得发明专利11项,实用新型专利17项;制定《空气净化用竹炭》、《竹炭基本理化性能测定方法》、《竹炭》3项国家标准;出版著作2部,论文集1部,在国内外核心刊物上发表论文33篇。

  目前,项目组的研究成果不仅在合作单位得到应用,更推广到了省外,如福建省建瓯市特艺竹木有限公司、江苏省宜兴市金凯德竹炭有限公司等11家竹炭企业。研究成果在浙江、福建、江苏等省大量推广应用后,有效地促进了全国竹炭加工企业的健康发展,产生了良好的经济、生态效益。项目的推广实施,还吸收了大量农村剩余劳动力,对加快农村经济发展,实现农业增效、农民增收起到了积极作用。据不完全统计,近3年来,共15家企业参与了项目研究和技术推广,这些企业累计新增产值14.4亿元,新增利润1.9亿元,创收外汇2333万美元。该项目的研究成果在推广过程中,先后形成了浙江省遂昌县、衢江区及福建省建瓯市等竹炭产业集群,使全国竹炭2011年的年销量达10多万吨,产值达20多亿元。浙江省遂昌县目前有竹炭企业53家,带动5万多人就业,3年来新增产值9亿多元;浙江省衢江区目前共有竹炭企业30多家,3年来产值突破8亿元,有力地促进了当地竹炭产业的发展。

  根据项目研究成果开发的竹炭、竹醋液系列产品不只在国内销售,更出口到日本、韩国及欧美等发达国家。

  竹炭产业的发展前景

  谈到竹炭产业今后的发展,张齐生院士说:“竹炭具有保健和环保功能,是一种环境友好型产品。作为竹材工业化利用中经济效益最高的产品之一,每吨竹炭系列产品的产值可达万元以上。竹炭产业的发展,不仅减少了木炭的消耗,保护了森林资源,还提高了竹材加工的附加值,带动了农民种植毛竹的积极性,解决了农民卖竹难的问题。目前,浙江、福建以及周边省市有越来越多的企业引进了我们的技术和生产工艺,开办了竹炭加工企业,提供了大量的就业岗位,解决了农村剩余劳动力问题,促进了区域经济的迅速发展,对建设社会主义新农村具有重要意义。”

  他同时表示,竹炭产业是个朝阳产业,在我国兴起不到10年,还没有走进千家万户,需要进行进一步的推广,使其能够更好地惠及平民百姓;同时,还需进一步加大对竹炭工业化的研究和推广,只有在高新技术方面有所突破,才能使竹炭真正成为有生命力的产业,产生更高的附加值,帮助更多的竹农致富。




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