家庭巧用干果壳制取活性炭的简易装置与方法
在新装修的住房里，对人体健康、尤其是对我们少年儿童健康威胁最大的是甲醛和苯、甲苯等有毒物质。它们会导致很多的疾病，甚至可导致癌症！我们3个人，有的刚搬家，有的即将搬家，都对“新房装修后怎样消除装修异味、怎样去除甲醛等有毒物质”等问题很感兴趣。我们查找资料后发现：活性炭是清除装修异味和有毒物质的最好材料之一，可以用木材、果壳等制取。市场上有活性炭出售，通常是竹炭，价格不便宜。联想到我们平时爱吃核桃、花生，核桃壳、花生壳都被当作垃圾白白丢掉。如果能找到一种家庭利用果壳制取活性炭的简易方法，是一件非常有环保意义的事情。我们继续通过网络查找“利用核桃壳、花生壳等家庭制作活性炭的方法”，结果几乎查寻不到。这激发了我们的探究、创新兴趣和激情。如果我们能探究出在家庭环境中利用核桃壳、花生壳等果壳制作活性炭的新方法，既可锻炼我们的动手能力，又能培养我们的创新能力，还能增加我们的友谊，最重要的是，能用自己的双手变废为宝，能让劳动成果来为我们的生活服务，提高自己的生活质量。我们3人因此走到了一起，成立了“家庭制作活性炭DIY小组”，踏上了充满挑战和未知的探究之路。
艰辛的探究之路
我们制作了果壳分类收集盒，放在教室里，请同学们帮助收集核桃壳、花生壳。很快，实验所需的原材料就足够了。我们首先把核桃壳、花生壳等果壳进行燃烧，想把它们烧成炭。可是，燃烧后果壳都变成了灰，一吹即散。我们又试着将核桃壳、花生壳等果壳装在铁皮的茶罐里，放进火里烘烤，还是不能制成炭。我们继续尝试把果壳放在高压锅中煮半小时，然后取出晾干，仍然不能制成炭。老师提醒我们：“先查找制作炭的原理，在实验室里进行探究。”妈妈们也纷纷给我们鼓劲。我们查询资料后得知：果壳需在缺氧或氧气不足条件下加热，才可能制成炭。
在实验室里，我们把捣碎的果壳放入大试管内，用棉花堵住试管口，把大试管固定在铁架台上，向下倾斜，用酒精灯加热。不一会儿，试管口附近出现小水珠，棉花上吸附了一层褐色的物质，试管壁上也有褐色物质，核桃壳慢慢变成了黑色有光泽的物质——原始的活性炭生成了。
在毛巾、棉布、口罩、石棉铁网、煤灰块中，我们最终选择了煤灰块来吸收焦油。煤灰块耐高温、吸附能力强、无毒。
制取果壳活性炭的家庭简易装置与原料
原理
干果壳是含碳十分丰富的物质。在隔绝氧气的条件下加热到400℃左右，可以使其炭化，从而获得活性炭。
结构
加热装置可以使用去掉手柄的带漏网的旧漏勺、旧瓷钵、砂锅、带盖的搪瓷盆、液化气灶或铁炉子等。我们最终选择了砂锅来烧果壳，并且采用旧瓷钵来做砂锅盖子。砂锅保温性好、传热均匀、不黑锅。
去杂质装置可以使用盆、滤网等。
原料
核桃壳或花生壳等干果壳、洗洁精、白醋、煤灰块（或粉笔头）。
图1 核桃壳活性炭粉末（左）、花生壳活性炭粉末（中）与核桃壳活性炭炭粒（右）
图2 不同活性炭吸附二氧化氮能力对比
图3 不同活性炭吸附水中有色物质能力对比
制作方法
加热阶段
在容积为500mL的砂锅内放入100g捣碎的核桃壳或花生壳，将装有50g煤灰块（用来吸附焦油）的滤勺放入砂锅，盖上搪瓷钵。用液化气灶、煤气灶或铁炉子对砂锅进行小火加热。约5分钟后，少量水蒸气和焦油从瓷钵小孔中溢出；加热15分钟后，瓷钵小孔中几乎没有气体溢出。
当瓷钵小孔中几乎没有气体溢出时，关（停）火，让砂锅自然冷却。拿开瓷钵，倒出黑色的活性炭。将吸附有焦油的煤灰块（或粉笔头）妥善丢弃。
在这个阶段可获得初步制备的活性炭。核桃壳活性炭呈黑色、有光泽；花生壳活性炭呈黑色（颜色比核桃壳活性炭稍浅）、无光泽、易碎。
清除杂质阶段
首先，放2滴洗洁精和500mL开水在搪瓷盆里，将初步制备的活性炭放入盆中，用竹筷搅拌均匀，待开水凉后，洗去活性炭中的油脂。并用清水冲洗干净。
然后，把白醋倒入装有活性炭的搪瓷盆中，让白醋淹没活性炭，煮30分钟；然后让其浸泡1天。过滤，用纯净水洗涤3次。再用纯净水煮炭粒，沸腾15分钟，弃去锅内溶液，再换新纯净水煮沸几次。这样，就可以除去活性炭初料中不溶于水的杂质。把含有炭粒的溶液过滤后倒在干净的纸上，置于通风处用吹风机吹干或用微波炉烤干。
实验结果表明：这样既可去除活性炭中的油脂和不溶于水的杂质，又可疏通炭内微孔，增强其吸附能力。
研磨成型阶段
用擂钵将活性炭捣碎制成炭粒，用滤勺进行过滤，收集活性炭炭粒和粉末。
实验结果：得到大小均匀的颗粒和粉末两种形态的活性炭。核桃壳活性炭粉末比花生壳活性炭粉末更黑更粗，花生壳活性炭粉末则更灰更细。花生壳活性炭因松脆，容易研磨，可全部制成粉末；核桃壳活性炭更硬，可制成粉末和颗粒两种形态。
使用以上家庭简易装置，用1 000g的干果壳，可制取800g的活性炭成品。
实验室验证及对比自制果壳活性炭效果
对红棕色二氧化氮气体吸附能力的比较
取3个锥形瓶分别贴上1号（核桃壳炭）、2号（花生壳炭）、3号（竹炭）的标签。在3个锥形瓶中对应装入3g自制的核桃壳活性炭、3g自制的花生壳活性炭、3g超市买来的竹炭；然后，在3个锥形瓶中各充入等量的二氧化氮。观察并记录每瓶中红棕色褪去的时间。
对比结果：花生壳活性炭效果最好，只需要35秒，竹炭其次，需要1分12秒，核桃壳活性炭最差，需要1分32秒（如图2，所得数据为多次重复实验的平均值）。
对水中有色物质吸附能力的比较
取3个矿泉水瓶分别贴1号（核桃壳炭）、2号（花生壳炭）、3号（竹炭）的标签。在3个矿泉水瓶中各加100mL清水，滴20滴品红溶液，摇匀；然后，分别加入3g自制的核桃壳活性炭、3g自制的花生壳活性炭竹、3g超市买来的竹炭。静置一段时间。观察并比较红色消失所需的时间。
对比结果：花生壳活性炭效果最好，只需要10分钟，竹炭其次，需要13分钟，核桃壳活性炭最差，需要19分钟（如图3，所得数据为多次重复实验的平均值）。
结论：自制花生壳活性炭的吸附能力最强，效果比超市出售的活性炭好，可以在家庭中使用。
图4 商贩制取活性炭的装置（左）和待售的活性炭（右）
自制的活性炭在生活中的充分运用
核桃壳活性炭和花生壳活性炭的制作成功，使我们异常兴奋和高兴。我们决定把自制的活性炭充分运用到生活中去。
我们制作了红辣椒等形状的布袋，装入花生壳活性炭，挂在新装修家中的墙壁上或其他地方，利用它微小且不规则的孔容积，去除空气中的大分子异物，如苯、醛、氨等，也能消除香烟的尼古丁和家居的异臭。异味布袋自身还能起到很好的装饰作用。
用棉布缝制活性炭包，放在冰箱中，能去除冰箱异味。
把活性炭摆放在实验室里，能够去除实验过程中产生的许多有毒、有害气体。
取1个空塑料饮料瓶，剪去底部，瓶口用带导管的单孔胶塞塞紧，将瓶子倒置，瓶内由上向下分层放置洗净的膨松棉、纱布、活性炭（装在丝袜里）等，就得到1个简易净水器，可以用来处理家庭、实验室里的污水。
我们发动班级内的同学积极参与到家庭制取活性炭的活动中来，制作出许多精美的活性炭布艺袋。然后，我们在学校推广该技术并进行活性炭布艺袋义卖活动，全校同学积极参加义卖活动。我们将义卖所得的991元通过老师捐给了我们实验学校对口帮扶的贫困小学——紫云县火花乡喜湾村小学。这次技术推广和义卖活动，唤醒了全校师生的环保意识，并充分展现了我校师生的爱心。
我们还在社会上推广该技术，让卖花生的小商贩也能变废为宝，多一条赚钱的途径，同时也为保护环境作出贡献。
在整个探究创新的过程中，我们学会了发现问题、运用科学原理解决实际问题，学会了面对困难要迎难而上，学会了虚心请教、相互学习、团结合作，学会了自己动手、变废为宝。身边的科学与创新，让我们对学习、对未来充满了信心。
该项目获得第26届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目中学组植物学一等奖。
专家评语
该项目利用花生壳、核桃壳等废弃物为原料，通过简单的设备和简易的方法制作活性炭，并与市售的活性炭进行了吸附效果的对比。项目选题有一定新意，研究适合中学生的特点，研究过程较完整，研究结果可信。
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