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粘结剂添加量及后处理条件对成型活性炭甲烷吸附性能的影响
作者:管理员    发布于:2016-12-12 11:19:35    文字:【】【】【

  粘结剂添加量及后处理条件对成型活性炭甲烷吸附性能的影响W宋燕凌立成2,李开喜刘朗樊彦贞2(1.中国科学院山西煤炭化学研宄所,山西太原2中国科学院山西煤炭化学研宄所煤转化国家重点实验室,山西太原型炭的密度、强度及甲烷吸附性能的影响,结果发现:随着粘结剂添加量的提高,所制型炭的抗压强度增大,比表面积减小;随着粘结剂添加量的提高,后期活化时间的减少及活化温度的降低,所制型炭的密度增大;在粘结剂添加量为30,活化温度为800 C及活化时间为30min时成型活性炭对甲烷的体积吸附量达到大无论对于天然气汽车的普及,还是对于以天然气为主要燃料的城市煤气使用峰值的调配来说都具有重要的。选择合适的吸附剂是吸附储存天然气技术得以实际大规模应用的关键一步。超级活性炭由于具有比表面积高孔径分布集中等特点,成为吸附储存天然气的优选材料但是超级活性炭由于装填密度较低(0.25g/cm30.35g/cm3)造成了其对甲烷的体积吸附量相对较小。为了解决超级活性炭装填密度较小的问题,人们采用了添加粘结剂成型或将其制成活性炭复合物的方法,从而提高活性炭的密度,增大活性炭对甲烷的体积吸附量本文选用酚醛树脂为粘结剂,研究了以石油焦为原料制得的超级活性炭的成型工艺及后处理条件对甲烷吸附性能的影响。

  1实验1.1高比表面积活性炭的制备以石油焦为原料,KOH为活化剂,在800C活化1.5h制得高比表面积活性炭,其性能指标列于表1中。

  1.2高比表面积成型活性炭的制备成型活性炭以酚醛树脂(软化点为120C)为粘结剂,粘结剂的添加量为2050,在7.5mm的压块,然后在氮气保护下于800C炭化1h后再于750C900C下水蒸气活化15min 60min制得的通过二次炭化、活化可以将粘结剂部分烧失,从而降低超级活性炭的比表面积及孔结构的损失。

  1.3活性炭样品的比表面积及孔结构测定米用美国Micromeritics公司生产的ASAP2000物理吸附仪,利用低温(77K)N2吸附法测定活性炭的BET比表面积及孔结构,利用密度函数理论(DFT)处理得到活性炭的孔分布;另一种是炭化的酚醛树脂的活化过程,而这种过程则造成成型活性炭的微孔含量增大当活化温度等于低于850C时,前一种作用占主导因素,这就造成了成型活性炭对甲烷的吸附量随着温度的上升存在着先上升后下降的趋势;而当活化温度高于等于850C时,后一种作用成为主导因素,这就造成了当温度达到900C时,成型活性炭对甲烷的吸附量反而有所增大。由于成型活性炭的密度随活化温度的升高而呈现下降的趋势,所以尽管活化温度为900C时所制成型活性炭对甲烷的质量吸附量达到大,但其对甲烷的体积吸附量反而不如活化温度为800C时所制得的成型活性炭。这说明活性炭的密度也是决定其对甲烷体积吸附量的很重要的因素当然,过高的反应强度将会使型炭烧失率过大,降低强度与堆密度,从而降低体积吸附量表3不同活化温度下所制型炭的甲烷吸附性能22.2活化时间对成型活性炭的甲烷吸附性能影响及表4分别给出了不同活化时间下所制得的成型活性炭(粘接剂添加量为30W//)的性质及其在298K和不同压力下对甲烷的吸附性能从中可见:当活化温度为800C时,随活化时间的延长所制型炭的烧失率增大密度降低这是因为随着活化反应的进行,炭基体内部形成的孔隙增多,导致烧失率增大结合表4可发现:刚开始随活化时间的延长,所制型炭对甲烷的吸附量存在着上升的趋势;当活化时间达到45min时,所制型炭对甲烷的吸附量有所下降;而当活化时间继续延长时(达到60min)所制型炭对甲烷的吸附量又有所上升在炭材料的活化期间,孔结构的发展有如下三种:,活化剂使炭基体中已经存在的闭孔打开成为开孔;第二,活化剂使开孔变大;第三,通过活化剂分子对基体内部的特定结构进行有选择的活化,产生新的孔隙。当活化反应时间较短时,活化反应主要是造孔产生微孔),微孔含量增多使型炭对甲烷的吸附量增大;随活化时间的延长,到一定程度后,活化反应主要为扩孔,从而引起部分微孔过渡烧失,造成型炭对甲烷的吸附量有所下降;当活化时间进一步延长时,活化剂分子对基体内部的特定结构的选择性活化引起不断有新微孔生成,从而造成型炭对甲烷的吸附量又有所上升由于受密度及质量吸附量两方面因素的影响,所以活化时间为30min时所制得的型炭的体积吸附量大表4不同活化时间所制型炭的甲烷吸附性能3小结随粘结剂含量的提高,所制型炭的抗压强度增大,比表面积、总孔容及微孔孔容均减小;随粘结剂含量的提高后处理过程中活化时间的减少、活化温度的降低,所制型炭的密度增大;随粘结剂含量的提高,成型活性炭对甲烷的质量吸附量降低,其对甲烷的体积吸附量变化不大;在本实验条件下,当粘结剂添加量为30,在150C110MPa下压制成型的炭块,经800C炭化60min后于800C下水蒸气活化30min后所得成型活性炭在298K3.对甲烷的体积吸附量为140¥八,5.4卩3下为178V/V

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