全站搜索
城市固体有机废弃物制备中孔活性炭
作者:管理员    发布于:2016-11-16 10:15:23    文字:【】【】【

  城市固体有机废弃物制备中孔活性炭解立平,林伟刚,杨学民(中国科学院过程工程研宄所多相反应开放的400oC下热解产物进行。

  表3热解物组成变化对活性炭孔结构的影响。由表可知,在相近的烧失率下,活性炭的中孔孔容随热解温度的升高而减少,微孔孔容和总孔容则随热解温度的升高,呈现出先增加再减少的趋势,即热解温度为500oC时,总孔容和微孔孔容均达到大,分别是0.821和0.550cm3/g;热解温度为300oC时,热解物制得的活性炭的中孔率大,达46.2;热解温度在500和700oC时,相应热解物制得的活性炭的中孔率基本保持不变,恒定在35左右。当制备以中孔为主的活性炭时,应尽量使废弃物的热解温度低一些,而当制备中孔孔容适量而微孔发达(即希望总孔容尽可能大)的活性炭时,则热解温度以控制在500oC左右为好。

  表4热解条件对活性炭孔结构的影响3.3烧失率对活性炭孔结构的影响烧失率是活化过程中炭化料的质量减少率,反映了活性炭的活化程度。为考察活化过程中活性炭孔结构的变化情况,对2种不同烧失率下的活性炭进行了孔结构测定,结果如表5所示。由表5可知,在烧失率较低时,活性炭即具有相当高的中孔含量,因此可知在料条的炭化过程中,挥发份的热解、析出是中孔形成的主要原因;同时随活化的进行,中孔孔容和微孔孔容都在增加,且中孔孔容的增加较之微孔孔容的增加幅度大,表明伴随活化的进行,有相当的微孔变成了中孔,即相当一部分孔壁较薄的微孔被活化烧穿而合并为中孔,同时还伴随有新微孔的产生。

  表5烧失率对活性炭孔结构的影响4活性炭中孔形成机理的探讨4.1塑料热解物的热解行为为考察在料条炭化时塑料热解物的热解行为,对400oC下制得的3种废弃物的热解物,在氮气气氛、升温速度20oC/min的条件下,分别进行了塑料热解物、木炭和纸炭的混合物及两种不同塑料热解物含量下3种热解物混合物的热重分析,结果如,2所示。

  由可见,塑料热解物在温度440oC左右时发生剧烈热分解,迅速析出挥发份,当温度达到500oC左右时,塑料热解物即全部热解析出;木炭和纸炭的混合物在0~500oC温度范围内热解较缓慢,而在500oC以上热解速度则变得相对较快。

  表明,2种不同塑料热解物含量的混合物均在440~500oC之间发生激烈的热解,与塑料热解物单独热解时的行为基本一致;同时塑料热解物含量为30时的热解失重率明显快于含量为20时的热重率;温度升至500oC以上时,2种塑料热解物含量的混合物的热解行为又趋于一致,热解速度明显变缓,但均略快于木炭和纸炭混合物;进一步按塑料热解物和木炭与纸炭混合物分别热解时的数据进行加权平均计算,发现2种不同塑料热解物含量混合物的加权平均值与相应的实际热解失重率基本吻合。

  综合上述分析可知,3种固体有机废弃物热解物的混合物进行热解时,热解温度在440~500oC之间主要是塑料热解物的析出过程,而在500oC以上时则主要是未来得及热解析出的塑料热解物与木炭、纸炭混合物的共热解过程。

  4.2活性炭中孔形成机理的探讨料条炭化时,料条的炭化得率与塑料热解物含量成反比,即塑料热解物含量越高,料条的炭化得率越低,因此结合上述热重分析结果可知,料条在500oC炭化时,塑料热解物基本上全部从炭化料条中析出。

  塑料热解物析出后所留下的位置就成为孔隙,且塑料热解物含量越高,炭化料条的孔隙越丰富,但这些孔隙被析出的挥发份残留物所占据、堵塞而成为闭孔。如前述已知,塑料热解物含量主要对中孔产生影响,而木炭和纸炭间组成变化则主要对微孔有影响,故在随后的活化过程中塑料热解物析出后所留下的孔隙形成了中孔,而木炭、纸炭成份中析出的挥发份则形成了微孔。

  打开的孔隙成为活化剂向料条内部扩散的通道,塑料热解物含量越高,孔隙越丰富,活化剂的扩散速度越快,一方面使活化反应加快(实验结果已证实),另一方面使活化反应比较均匀地在整个炭化料条内进行,更易使较薄的孔壁烧穿而使微孔合并成中孔,同时在活化过程中还有利于产生新孔;但当塑料热解物含量过高时,炭化料条产生了裂缝,引起中孔含量减少,同时使料条原来的内部变成了外部,相当于料条直径变小,活化剂向料条内部扩散的通道缩短,有利于扩散速度加快,从而使活化反应速度进一步加快,不仅使微孔变成中孔的几率加大,同时有一部分中孔变成了大孔,故随塑料热解物含量的增加,微孔、中孔均在减少,而中孔率变化不大。

  废弃物的热解温度越低,料条炭化时木炭和纸炭中析出的挥发份越多,孔隙越发达,因而相应地孔壁越薄,同时有利于扩散速度的加快,促进活化反应,活性炭的中孔含量也就越高,微孔含量也较高。

  5结论以3种典型的城市固体有机废弃物木类、纸张和塑料的热解物为原料,可以制得中孔发达的活性炭,中孔率达45.塑料热解物含量对活性炭中孔结构的影响是主要的,当塑料热解物的含量在20左右时,中孔孔容达到大,为0.357cm3/g.由于纸炭的灰份高于木炭,热解物中纸炭含量的增加使微孔孔容减少,而对中孔结构基本无影响。

  废弃物的热解程度与中孔含量成反比,即热解温度低,则中孔含量高。

  符号表:

访问统计
51客服