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高硫煤基高比表面积活性炭的制备与表征
作者:管理员    发布于:2016-11-11 13:29:05    文字:【】【】【

  随着对环保领域的广泛重视,优质活性炭需求量越来越大,要求活性炭在生产成本上进一步降低,性能上进一步提高,煤炭由于具有高碳含量、资源丰富、价格低廉的优势,因此成为制备活性炭的重要原料。此外,据资料报道,以硫活化制得的活性炭可获得很多优良特性。所以利用高硫煤为原料制备活性炭,可望获得高性能低成本的活性炭,同时为高硫煤的综合利用开辟新径。本研究以湖北松滋煤矿高硫、低变质程度的劣质煤作原料,采用先进行KNO3氧化炭化预处理,后加KOH活化的工艺研制煤基活性炭。

  张双全等也有类似发现,他们采用空气进行低温)氧化。虽然这种方法有效,但难以在物料的内部均匀进行。资料显示将煤样与不同比例的KOH混合共炭化,由炭化物的XRD分析图谱计算得出微晶的结构尺寸,结果表明,随KOH加入量的增加,所得炭化物微晶尺寸La,L.减小,层间距增大,即生成了各向同性、以无定型炭为主的炭素前驱体。

  1实验部分1.1实验原料煤样:以湖北松滋煤矿的高硫、低变质程度的劣质煤作原料,煤样煤质指标见表1.该煤具有高硫、高灰分、低固定碳和低含氧量的特点。

  表1煤样的工业分析和元素分析湖北省科技攻关项目(2004AA301C79)。

  1)教授、硕士;3)学士,武汉科技大学化工与资源环境学院,430081武汉;2)硕士、工程师,武汉钢铁集团焦化有限责任公司,430081武汉1.2煤样制备及预处理定苯酚的剩余浓求出每克活性炭吸附苯酚的炭收率和活性炭及附性能的影响(见第页页和1.3活性炭的制备将预处理后的煤样与KOH,水和表面活性剂(乙醇)按一定比例混合均,成糊状,置入管式反应器中,移入管式炉中在氮气保护下以10C/min的升温速率从常温升温到600C,保温1h,然后高温条件下活化处理。物料冷却到室温后即得粗活性炭。

  1.4粗活性炭的酸洗将制得的粗活性炭放入100mL烧杯中,按粗活性炭:HCl=1:0.25的比例加入浓度为33的盐酸,加水稀释,使溶液浓度约为5,将烧杯移到电炉上煮沸15min~25min,将洗涤液倒出,再用热水洗涤至pH为7,过滤,然后将滤饼在110C条件下干燥即得活性炭。

  1.5活性炭的收率及吸附性能测定收率:准确称取一定量的干燥煤样(准确到0.0001g),经KNO3氧化预处理加KOH共炭化活化水洗干燥后,准确称量制得的活性炭的质量,按下式计算活性炭的收率。

  Z=务;G1-一煤样的质量,吸附性能测定:活性炭的吸附性能用其苯酚吸附量来检测。向一定质量的试样中加入定量苯酚溶液,恒温下充分振荡使之吸附,吸附达到平衡后,测克数。按下式计算活性炭的苯酚吸附容量。

  溶液的初始浓度,mg/L;C-―吸附平衡后水溶液中苯酚的浓度,mg /L;Wa一一活性炭质量,g. 6分析检测方法苯酚吸附量检测:4氨基安替比林直接光度法,孔结构的表征:使用美国麦克公司ASAP2000自动吸附仪,采用容量法以氮气为吸附质,在液氮温度(77K)下进行吸附测定。由测得的等温吸附曲线,采用BET法计算得到活性炭的总比表面积,由DFT(密度函数理论)法表征孔径分布。

  XRD分析:采用美国麦克公司XPREPRO全自动X射线衍射仪。XRD的参数为Cuia,Ni为滤光片,波长入=0.15405nm,工作电压为40kV,管电流40mA,扫描角度力从10°到100°扫描速度2结果与讨论1碱炭比对活性炭收率和吸附性能的影响在炭化温度为600C,保温时间为1h,活化温度为800C,活化时间为1.5h,考察碱炭比对活性的用量,活性炭的苯酚吸附容量降低。其原因是在炭化过程中发生如下反应:这些反应主要发生在煤孔隙的内壁上,碳不断转化为一氧化碳等气体,孔径扩大并形成新的孔隙,所以随着KOH的增加,烧失量增加,吸附性能提高,但当KOH达到2 5后,活化反应更剧烈,生成的部分微孔被刻蚀成为中孔甚至大孔,而大孔对比表面积的增加是不利的,因此,在活性炭的收率下降的同时比表面积降低,吸附性能也降低。

  2活化温度对活性炭收率和吸附性能的影响5,活化时间为1.5h的相同条件下考察不同活化温度对活性炭收率和吸附性能的影响(见和)。可见,随着活化温度的升高,活性炭的收率降低,吸附性能提高,当活化温度超过850C后,活性炭收率继续降低,但吸附性能趋于稳定。由于在活化过程中,新微孔的生成和旧微孔的破坏是同时发生的,850C以前,随着活化温度的提高,新微孔的生成量大于被刻蚀掉的旧微孔的量,所以活性炭的收率降低的同时,吸附生能增加。850C以后,这种新孔的生成与原来孔隙的破坏趋于平衡,故吸附性能也趋于平衡。随着2.3活化时间对活性炭收率和吸附性能的影响在炭化温度为600°C,碱炭比为2.5,活化温度为800°C的相同条件下,考察了不同活化时间对活性炭收率和吸附性能的影响(见和)。可见,随着活化时间的延长,活性炭收率呈单调递减的趋势,吸附性能略微增加。而在1. 5h后吸附性能保持稳定,说明在此活化过程中,新孔隙的生成和原孔隙的破坏基本保持平衡。

  2.4KOH对炭化物微晶结构的影响为了考察氢氧化钾化学活化法的成孔机理,把煤样与不同比例的KOH的混合物于600°C下炭化30min并对炭化物进行XRD分析(见表2)。结果表明,KOH的加入使炭素前驱体的微晶尺寸Lc和La降低,微晶的层间距d002增加,这说明,炭化物的石墨化度降低,生成了以无定型碳为主的炭素前驱体。大量研究证明,活性炭的微晶结构是典型的无定型结构,并且石墨化度越低,层间距d002越大,吸附性能就越高。根据有什么样的低温型结构就有什么样的高温型结构的原理,KOH的加入促进了无定型为主的炭化物的生成,为进一步高温活化制备高比表面积活性炭打下了基础。

  表2煤与不同比率的KOH共炭化的炭化物的微晶结构参数碱炭比对活性炭比表面积的影响Fig. 5活性炭的比表面积及孔隙结构bookmark12为了考察所制得的活性炭的比表面积和孔隙结构,实验对加入不同氢氧化钾活化得到的活性炭样品进行低温N2吸附等温线的测定,得出它们的BET比表面积、微孔表面积和孔隙结构分布(见和)。从图中可以看出,该高硫煤基活性炭具有巨大的比表面积,且微孔比表面积占绝大多数。此外,由可知,该高硫煤基活性炭不仅孔容大,而且孔径分布窄。

  活性容量炭比艺条分布碱炭比对活性炭孔结构分布的影响结论1)以高硫、低变质程度的劣质煤为原料,经3氧化、炭化预处理,采用KOH为活化剂制得fe炭的比表面积高达2 579.76m2/g,其苯酚吸附i达到2)活化温度、活化时间和碱炭比都是影响活性二表面积和吸附性能的主要因素,因此在制定工件时要综合考虑。

  3)该高硫煤基高比表面积活性炭孔容大,孔径窄中孔较少,微孔为主。

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