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欧阳曙光,,刘文敏、付乐乐、王志、许杰
作者:管理员    发布于:2017-11-07 14:02:45    文字:【】【】【

  指标水分灰分挥发分固定碳含量/°/.1.4599.03921.35768.145随着经济发展和人们生活水平的提高,环境污染日益严重,各国都致力于开发研究各种廉价的高性能净化材料,尤其是近年来随着环保要求的日益提高,活性炭以其在废气和废水处理方面的巨大应用潜力,再次受人们的广泛关注。从理论上讲,任何含碳材料都可用于制造活性炭,目前,影响活性炭广泛应用的一个主要原因就是其价格,为得到价格低廉、原料充足的活性炭产品,制备活性炭的原料逐渐转向成本低廉的废弃物。

  焦油渣是焦化生产过程中产生的工业固体废弃物,主要来源于焦油氨水澄清槽、超级离心机以及清槽等。随着生产能力的不断扩大,产生的废渣量也逐渐增加。目前常用的处理方法是用来配煤炼焦。这种处理方法会给焦化厂配煤质量带来波动,进而影响焦炭质量的稳定性,造成高炉炼铁炉况不稳。因此,杨春杰等人尝试用焦油渣来制备高比表面积活性炭,并取得比较好的研究成果。不同焦化企业由于煤料配比和生产工艺不同,焦油渣的性质差异较大,制备活性炭的工艺参数及活性炭产品的性能也会有差异。文章研究了以武钢焦化公司焦油渣为原料,采用不同的工艺参数制备出吸附性能不同的活性炭,探索出制备高吸附能力活性炭的佳工艺参数,为实现工业化生产提供基础数据。

  表1武钢焦化公司焦油渣基本性质1.2实验药品与仪器实验药品:盐酸、碘、碘化钾、硫代硫酸钠、重铬酸钾、氢氧化钾、可溶性淀粉,均分析纯。

  实验仪器:AL204型电子天平;101-2AB型电热鼓风干燥箱;HY-4型调速多用振荡器;马弗炉。

  1.3活性炭的制备本实验在固定炭化时间的条件下,采用四因素三水平正交实验法L9(34)来安排实验,研究制备过程中碱炭比、炭化温度、活化温度、活化时间四因素对活性炭吸附性能及比表面的影响。正交实验安排见表2.表2正交实验因素与水平水平碱炭比炭化温度(B)/C活化温度(C)/C活化时间(D)/min 1.4活性炭性能表征参照GB/T7702.7-1997测定碘吸附值以表征成品活性炭吸附能力。在一定质量的试样中加入定量碘液,充分振荡使之吸附,离心分离,取上层清液,然后用硫代硫酸钠测定碘的剩余浓度,求出每克试样吸附碘的毫克数。实验结果如表2结果与讨论2.1极差分析按照L9(34)正交设计制备出9组活性炭样品,实验结果以及正交实验分析见表3,其中Mi(i=l,2,3)为每列各水平下的数据之和,如:Ma1为A因素1水平三个碘吸附值的总和;mi(i=l,2,3)为Mi的平均值,即mi=Mi/3;R(=AD)表示极差,为取的大差值。

  由表3直观分析可见:Rc>Rd>Ra>Rb,四因素中对碘吸附值影响大的是活化温度(C),其次是活化时间(D),再次是碱炭比(A),后是炭化温度(B)。从因素各水平比较看,如以A为例,im42>m>m说明A2水平好,即碱炭比为4好,说明在炭化温度为400°C,活化温度为800°C,活化时间为100min条件下效果好。

  炭素材料及燃气等领域的教学与科研工作。

  欧阳曙光(1968-),男,湖南隆回人,副教授,主要从事煤化工、表3正交实验结果与分析序号碱炭比(A)炭化温度(B)/C活化温度(C)/C活化时间(D)/min碘吸附值/(mg-g-1)2.2活化温度对活性炭性能影响分析12001100活化温度/°C活化温度和碘吸附值关系分析可以看出,当活化时间较短时,碘吸附值随活化温度的升高而增大;当活化时间较长时,碘吸附值先随活化温度的升高而增大,随着温度继续升高,碘吸附值又逐渐减小。适当的活化时间和活化温度是保证活化反应充分进行的一个重要条件。当活化温度较低时,活化反应不充分,孔隙不够发达;伴随着活化温度的升高,更多的C参与活化反应,且C-KOH的反应速率加快,形成丰富的微孔结构,同时随着温度升高所产生的挥发性气体也会在炭的内部形成新的孔隙结构,但活化温度超过800°C后,微孔结构已经形成,继续升高温度反而会使微孔结构遭至嫌坏,吸附能力会减小。因而,当活化温度为800C,且活化时间为100min时,碘吸附值大。

  2.3活化时间对活性炭性能影响分析活化时间和碘吸附值关系分析可以看出,当活化温度为900C时,碘吸附值随活化时间的增加而减少;当活化温度较低(700C和800C)时,碘吸附值先随活化时间的增加而增大,随着活化时间继续增加,碘吸附值又逐渐减小。原因是活化时间过短或活化温度较低时,活化反应进行得不够充分,所形成的孔隙不够发达,吸附能力不大。

  活化时间过长或活化温度过高时,会引起活化反应程度的过度加深,造成微孔过度烧蚀,或部分微孔扩大成中孔或大孔,使吸附能力有所下降。因而,当活化时间为100min,且活化温度为800C时,碘吸附值大。

  2.4碱炭比影响活性炭性能的分析碱炭比和碘吸附值关系分析可以看出,当活化温度为700C和900C时,碘吸附值先随碱炭比的增加而增大,随着碱炭比继续增加,碘吸附值又逐渐减小;当活化温度为800C时,碘吸附值先随碱炭比的增加而减小,随着碱炭比继续增加,碘吸附值又逐渐增大。这种现象是由于碱炭比对碘吸附值的影响力比活化温度和活化时间小引起的。通过仔细分析后发现,碱炭比为4时,对提高碘吸附值有利。

  当活化温度为700C和900C时,碱炭比为4时碘吸附值大。活化温度为800C时,碱炭比为4时的碘吸附值反而比碱炭比为3时小,是因为活化温度为800C和碱炭比为4的那个样品的活化时间为3h,而活化温度为800C和碱炭比为3的那个样品的活化时间为2h(详表3),前者的活化时间过长,弓起活化反应程度的进一步加深,造成微孔过度烧结,或部分微孔扩大成中孔或大孔,使吸附能力有所下降。

  在较小碱炭比下,KOH的量较少,活化剂在高温下所形成的活性点就比较少,C-KOH反应速度较慢,活化所形成的微孔比较少,所得活性炭样品的吸附性能相对较差,其碘吸附值就比较小。

  随着碱炭比的增大,活化剂在高温下所形成的活性点逐渐增多,反应速度加快,生成越来越多的微孔。当碱炭比过大时,由于C-KOH反应速度急剧加快,活性炭内部的部分微孔之间的孔壁变薄甚至被烧穿(“扩孔”效应),造成微孔扩大至中孔甚至大孔;同时部分位于活性点上的活化剂来不及扩散到炭颗粒内部就已经与炭骨架表面基团发生反应,烧蚀现象严重,减少了微孔的数量和容积,导致所制得的活性炭样品的碘吸附值减小。

  2.5炭化温度对活性炭性能影响分析炭化温度/°C炭化温度和碘吸附值关系分析可以看出,当活化温度为700°C时,碘吸附值随炭化温度的增高而增大;当活化温度为800°C时,碘吸附值先随炭化温度的增高而增大,随着炭化温度的继续增高,碘吸附值又逐渐减小;当活化温度为900C时,碘吸附值随炭化温度的增高而减小。这种现象是由于炭化温度对碘吸附值的影响力比活化温度和活化时间小引起的。通过仔细分析后发现,炭化温度为400C时,对提高碘吸附值有利。当活化温度为800C时,炭化温度为400C时碘吸附值大。活化温度为900C时,炭化温度为400C时的碘吸附值反而比炭化温度为300C时,是因为活化温度为900C和炭化温度为400C的那个样品的活化时间为lh,而活化温度为900C和炭化温度为300C的那个样品的活化时间为2h(详表3),前者的活化时间过短,活化反应没有充分进行,孔隙结构没有得到充分发展,使吸附能力有所下降。活化温度为700C时,炭化温度为400C时的碘吸附值反而比炭化温度为500C时,是因为活化温度为700C和炭化温度为400C的那个样品的活化时间为3h,而活化温度为700C和炭化温度为500 C的那个样品的活化时间为2h(详表3),前者的活化时间过长,引起活化反应程度的过度深化,造成微孔过度烧蚀,或部分微孔扩大成中孔或大孔,使吸附能力有所下降。

  2.6正交实验优条件选择通过实验分析可知,以武钢焦化公司焦油渣为原料制备高吸附能力活性炭的佳工艺条件是A2B2C2D2,即碱炭比为4:1,炭化温度为400C,活化温度为800C,活化时间为100min.这与杨春杰等人的研究成果不完全一致,主要是因为两种焦油渣的挥发分含量相差很大。

  根据正交实验佳工艺条件制备出碘吸附值为1300.765mg/g的活性炭。

  3结论通过正交实验研究了炭化活化条件对制备活性炭比表面积的影响,在所考察的四因素中,影响大小依次为:活化温度>活化时间>碱炭比>炭化温度。

  以武钢焦化公司焦油渣作为原料,采用KOH为活化剂制备活性炭,在考察的水平范围内,其优化工艺条件为:碱炭比为4,炭化温度为400T,活化温度800T,活化时间100min.在此条件下制备的活性炭碘吸附值可达1300.765mg/g.

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