竹炭的神奇功能人类的健康卫士
中国工程院院士、浙江林学院院长 张齐生
竹类植物，秀丽挺拔、四季常青。地下茎年年行鞭、出笋、成竹。竹笋，是人类的保健食品；留笋成竹，竹林子孙满堂，家族兴旺，吸收二氧化碳，放出氧气，维护着优美的生态环境。
竹类植物千姿百态。世界竹类植物有70多属，1200多种；中国竹类植物有35属，400余种；不同品种，有不同特性、不同用途。
竹材可以"代木"，制作家具、农具、各种人造板、编织工艺品及生活用品。
它还可以"胜木"，用来制造一般木材不能制造的集装箱底板，铁路平车地板、性能优良、多姿多彩的竹地板等产品。
更鲜为人知的是它还可以制成竹炭、成为人类健康的卫士。
一、竹炭的形成
中国是世界上炭的发源地，早在一千多年前的唐代，白居易就留下了"卖炭翁"的悲壮诗篇；古人除了把炭作为烧饭、取暖的燃料之外，也巧妙地把炭作为防腐、杀菌、保鲜剂加以应用，这在中国的古代历史中可以找到大量的例证。
竹炭是竹材在高温、缺氧（或限制性地通入氧气）的条件下，使竹材受热分解而得到的固体产物。在制备竹炭的同时，还可以得到一种用途广泛的液体产物--竹醋液。
根据竹材炭化过程中的温度及液体、气体产物的变化规律可以认为，竹炭的形成先后经历了竹材干燥阶段（炉(窑)内温度≤120℃）、竹材预炭化阶段（120-260℃）、竹材炭化阶段（260-400℃）、竹炭精炼阶段（≥400℃）。
形成竹炭的最终温度不仅对竹炭的产量、生产成本、竹炭的得率有影响，而且对竹炭的性能、用途更具有重要的意义。
竹炭可用传统的砖砌窑和现代化的机械炉来生产。
砖砌窑的特点：投资少、操作简单，但生产周期长(22-30天)、窑温不易控制、质量不均匀、密封性能差、竹炭得率低(15-17%)。
一种机械窑的特点：投资较砖砌窑增加；生产周期较短(7-10天)、温度容易控制、密封性能好、制炭得率较高(20%左右)。
另一种不锈钢机械炉的特点：投资较高；生产周期短(8小时)、温度易控制、密封性能好、生产得率高（24-26%）竹炭质量稳定、精炼竹醋液、以及可燃气体循环利用。
竹炭遇到空气，能吸收空气中的各种有害气体，使室内空气得以净化而变得清新；在水里它可以吸收水中有害物质而使普通水成为优质饮用水；它还能产生负离子和远红外线，帮助人们去病、防病，增强体质，成为人类的健康的卫士。究其根源，竹炭的这些特殊性能主要源于自身的特殊微观结构。
二、竹炭微观结构与其性能关系
碳由单一元素构成，结构千变万化、性能无穷无尽、用途多种多样。主要是由于原子键合方式、分子结构类型以及集合形态的多样性而产生的。碳按三种典型键合方式形成单质碳时则为金刚石，石墨和卡宾，它们的性能也有明显的差别。
碳的同素异形体中，由于碳原子的结合方式不同，单质的碳主要有四种同素异性体，即金
刚石，石墨、卡宾和富勒烯（包括碳纳米管）。
一个碳原子周围有四个碳原子相连，在三维空间形成骨架状，各向联系力均匀、牢固、具高强度-金刚石硬的特性
一个碳原子周围有三个碳原子，碳与碳原子组成六边形环状，无限多的六边形组成一层，层与层之间联系力弱。层内三个碳原子联系很牢固，层之间易滑动-石墨软的特性。
85年，美英两位科学家用激光照射石墨，使其蒸发而成碳灰，质谱分析发现，这种碳内含两种不明物质，其分子量分别为碳的60和70倍，并具有特殊的结构，经证实，它们属于碳的第三种同素异性体，命名为富勒烯碳。本身是不导电的绝缘体，当碱金属原子嵌入分子后，形成系列化合物，成为超导体，具有完美的三维超导性。
91年，日本科学家用透射电镜检测石墨电弧设备中产生的球状分子，意外发现了由管状同轴纳米管组成的碳分子，其结构相当于石墨的平面组织卷成的管状，是富勒烯碳家族的重要的成员。是被广泛关注的碳纳米管，是化学反应中的新型催化剂，有很多的奇异功能。是纳米科技的主要研究方向，在材料、电子、能源领域有重要的前景。
竹材的维管束、薄壁细胞、导管形成竹炭的微观孔隙结构，其形状非常类似并接近于由五元环和六元环所组成的洋葱状富勒烯（C60）和展开的碳纳米管结构。
竹炭的性能与其发达的孔隙结构有着密切的关系，它的吸附性能、催化性能及电性质等都与炭材料的微观结构有关，因而研究炭材料微观孔隙结构具有重要意义。
竹炭所具有的类似并接近于洋葱状富勒烯（C60）和展开的碳纳米管结构的特殊孔隙形状是各种以木材为原料而制成的木炭所不具备的孔隙结构。因此我们认为竹炭的这种特殊的微观孔隙结构是竹炭具有特殊性能的根本原因。
三. 竹炭的主要特性
1.竹炭的元素组成
竹炭的元素组成主要是碳、氢、氧和氮及硅、镁、钠、钙等金属及非金属元素。碳和氮元素的含量随碳化温度的升高而升高，氢、氧元素的含量则随温度的增加而减少。炭化温度从200～1000℃时，碳元素的含量从52.06%增加至85.42%，氮元素的含量从0.12%增加至0.68%，氧元素的含量则从38.55%减少至4.85%。竹炭的灰份含量随着炭化温度的升高而
增加（2.26%～4.69%），竹炭中的灰份元素组成较复杂，其中含量较多的有钾、镁、钠、钙、铁等。
竹炭中含有一些人体需要的微量元素如铜、硒、锌、锶等。利用竹炭中的这些元素，将竹炭加工成片炭，用于烧水和煮饭。
竹炭加入水中后，由于大量的钾、镁、钙等矿物质元素溶解在水中，增加了人体所必须的营养成分，同时可使水的分子团变小，有利于人体吸收。试验还表明自来水经竹炭处理后，自来水中2.4 - 二氯苯酚去除率可达100%，效果十分明显。由于上述作用，片炭用于烧水或者煮饭，其效果就显而易见了。
2．竹炭的比表面积和导电性能
竹炭内部的各类孔隙，具有微孔、中孔和大孔，因而竹炭中的这些孔隙的内表面积之和称为比表面积，使它对多种有害气体具有很好的吸附能力。比表面积的大小与炭化温度有关，炭化温度为700℃左右时其比表面积最大。
竹材和木材一样，通常都是不良导体，可称为绝缘体。但形成竹炭以后，导电性能发生了
极大的变化，当炭化温度为700℃左右时的竹炭，其电阻率仅为5.40×10-5Ωm，显示出良好的导电性能，可称为导体。通常竹炭的导电性随炭化温度的升高而增长。木炭虽有类似的趋势，但数值差异很大。

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