中级无机化学实验：综合与设计性实验

实验编号：U20S01600

关键词：秸秆炭，高温碳化，活性炭材料，农药残料检测

所属类别：化学类

实验标签：材料科学基础（功能无机材料）

（一）内容介绍

本虚拟仿真实验分为2个模块，模块1，秸秆炭的制备，高温改性及表征；模块2，秸秆炭的农药残留检测应用。

模块1，秸秆炭的制备，高温改性及表征

（1）秸秆炭的制备

将秸秆经烘干、粉碎，然后在制炭设备中，秸秆原料在高温炉内，通过高温，在隔绝空气的条件下，经过数个小时生物质自然进行分解，即可形秸秆炭，碳化率高。碳化过程中所产生的气体经过排气管排出。

（2）秸秆炭的高温改性

生物质炭的改性有物理改性和化学改性两种方法，物理改性所需的改性温度非常高，效率较低，工序繁琐，从经济角度考虑并不实用。化学改性具有改性温度低，改性所需的时间短，产率高的特点，经化学改性得到的碳材料具有更多的孔结构和更大的比表面积，对其在吸附、储能领域的应用大有助益。

（3）材料的测试表征

1）X射线衍射测试

2）红外光谱分析

3）透射电子显微镜

4）热重分析测试

5）低温氮吸附法（BET）

模块2，秸秆炭的农药残留检测应用

（1）配制测试溶液

实验选取葡萄进行农药残留检测，将葡萄捣碎、匀质、离心得到葡萄提取液，将秸秆生物质碳经过高温活化后得到的秸秆炭作为吸附剂对葡萄样品乙腈提取液进行快速净化，得到待测溶液。

（2）农药标准溶液配制

使用农药标准品配制一系列的标准工作溶液。

（3）农药残留测试

以有机磷农药和除草剂为分析对象，采用色谱分析经过活性炭净化后的果蔬样品中农药的残留量。

（二）实验的特色和亮点

本项目内容涉及生物质秸秆的高温处理、活性炭的高温改性和农业应用，涵盖工艺设计和材料的结构表征。包括高温处理焙烧炉、X射线衍射、热重分析仪、红外分析仪等大型设备。由于材料制备过程具有危险性（高温）、设备台数的限制，实验项目只能进行有限的几项测试，根本无法满足学生进行创新实验的要求。开展虚拟方针仿真实验，可以做到每人一组，在制备工艺设计和测试中开展交互式、创新性试验，分析表征和测试项目也比较完整。

材料制备过程中需要在高温下（最高800℃）进行处理，碳化及改性过程中会释放有毒有气味的气体，开展线下实验对师生的身体健康以及校园环境产生负面影响。开展虚拟仿真实验完全规避了环境影响。