高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究【摘要】本文主要针对煤基活性炭制备工艺进行了深入研究。
在介绍了煤基活性炭制备工艺的概述和应用价值。
接着在详细讨论了煤基活性炭原料的选择与处理、制备工艺的研究、性能测试与分析、在环境治理和能源领域中的应用。
结论部分对煤基活性炭制备工艺研究的现状进行了总结，并展望了未来的发展方向。
最后提出了关于煤基活性炭制备工艺的建议和展望。
通过本文的研究，可以更好地了解煤基活性炭的制备工艺及其在环境治理和能源领域中的应用，为该领域的发展提供理论支持和实践指导。
【关键词】煤基活性炭、制备工艺、原料选择、性能测试、环境治理、能源领域、现状、展望、未来发展、建议、关键词1. 引言1.1 煤基活性炭制备工艺研究概述煤基活性炭是一种通过特定工艺制备而成的高效吸附材料，具有广泛的应用价值。
煤基活性炭的制备工艺研究是为了提高其吸附性能和净化效率，以适应不同环境治理和能源利用需求。
目前，煤基活性炭的制备工艺研究已经取得了一定的成果，但仍存在着一些挑战和问题需要解决。
本文旨在系统地总结煤基活性炭制备工艺的研究现状和进展，探讨其在环境治理和能源领域中的应用前景，为未来的研究和发展提供参考和指导。
通过对煤基活性炭制备工艺的综合分析和评价，旨在为提高煤基活性炭的性能和应用效果，推动其在环境治理和能源利用中的广泛应用。
1.2 煤基活性炭的应用价值1. 环境治理领域：煤基活性炭可以有效去除大气、水体和土壤中的有害气体和重金属等污染物，起到净化环境的作用。
在水处理领域，煤基活性炭被广泛应用于脱色、脱氯、脱臭等水处理工艺中，能够有效提高水质。
煤基活性炭还可以用于污水处理和废气处理等领域，发挥着重要的环境保护作用。
2. 能源领域：煤基活性炭在能源领域也有重要应用价值。
煤基活性炭可以作为传统煤炭的替代品，用于燃烧、发电等能源生产过程中，能够减少对传统煤炭的需求，降低碳排放和减少资源消耗。
煤基活性炭还可以用于储气、储氢等能源转化和存储领域，为能源产业的可持续发展提供支持。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种重要的吸附材料，具有高比表面积、孔隙度大、吸附能力强等优点。
本文对煤基活性炭的制备工艺进行研究。
制备原料：本实验采用的原料为褐煤，煤质为干基灰分12.5%，挥发分45.6%，固定碳34.8%，全硫1.78%，水分1.2%。
制备工艺：将褐煤粉末置于加热炉中进行焦化，焦化过程中，褐煤中的挥发分慢慢被热解出来，同时固定碳逐渐浓缩。
煅烧时分为两个阶段，第一阶段煅烧温度升至300℃，煅烧时间5小时，主要用于除去原料中的水、气态成分和杂质物质。
第二阶段煅烧温度升至800℃，煅烧时间4小时，将固体褐煤焦进行再生，使其分解出一部分孔洞，提高了其比表面积。
在煅烧的第二个时期中，将焦化后的煤粉放置于加热炉中，保持煅烧温度在800℃，加入氮气或水蒸气至2MPa的压力下进行水蒸气或煤气活化。
将煤基原料在800℃高温下气化，使其产生很多孔洞，增加其表面积和孔隙度，提高其吸附性能。
活化后，经水洗、干燥、烘烤后制成煤基活性炭。
控制工艺参数：在煅烧和活化的过程中，要注意控制工艺参数，以保证制备出的煤基活性炭具有较好的吸附性能。
控制的参数主要包括煅烧温度、煅烧时间、流动速率、气氛等。
煅烧温度适合在800℃左右，这样可以保证充分焦化并生成大量活性基团。
煅烧时间在5-6小时内，可以达到焦化的目的。
在活化过程中，气氛要尽量保持惰性气体，以免对煅焦样品产生影响。
流量速率适合在20-30mL/min，可以保证反应充分。
检测煤基活性炭的吸附性能：通过检测制备出的煤基活性炭的吸附性能，可以评价其质量是否合格。
常使用的检测方法有恒重法、氮气吸附法、甲醇蒸汽吸附法等。
其中，氮气吸附法是一种比较直接、简单的检测方法，可以获得煤基活性炭的比表面积、孔径分布、孔体积等指标。
一般来说，制备出的煤基活性炭的比表面积应该在800-1200m2/g之间。
煤基活性炭的制备
困难 ， 增加抄 表率 ， 提高公司的燃气 费回收 。 （） ２ 对于户外安装方式来说 ， 应尽 量做列 ： ①优化设 计 ， 采用合理的管材 和防腐方式 。 ②加强巡视 以及与用户 的沟通 ， 期到 用户家 中 定 进行检查 ， 咨询 ， 时发现问题 。 及 ③由于管道 间设在楼梯 间 ， 必须采 取有 效的保护 措施 ， 如在管道 间上 印制燃气特有 的标 志、 维修 电话及 严禁烟火等 警示标志 ， 管道间上下部 留有 通风孔、 排水
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由于上述两种方式各有优缺点 ， 选择何种安装方式 应根据具体实际情况灵活运用 ， 两种方式可单独使用 ， 也 可混合使用 ， 在两种安装方式条件（ 楼房情况 ， 地形等） 均 许可， 且没有特殊要求 （ 用户、 政府要求） 的情况下 ， 主 如 要考虑用户维修及管理方便 ， 建议采用户外安装。
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根据表 ２ 数据 ， 以看 出 ，．７ｒ 可 ００５ ｍ时 的比表面积 ａ 基本 达 到 了 最 高 值 ， ． ３ ｍ 所 对 应 的 值 几 乎 与 ００ ｒ ５ａ ００５ ｍ持 平 ， 以， ． ５ ｍ 较 理 想 ， 实 验 定 为 ．７ｒ ａ 所 ００ ｒ ７ａ 把 ００５ ｒ粒 度 的煤 。 ．７ｔｎ ｕ
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煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究引言活性炭是一种具有优异吸附性能的吸附材料，广泛应用于水处理、空气净化、食品加工、医药等领域。
煤基活性炭是指以煤为原料制备的活性炭，具有丰富的资源、低成本和多孔结构等优点，因此备受关注。
本文将围绕煤基活性炭制备工艺展开研究，探讨煤基活性炭的制备方法、工艺参数优化以及其应用前景。
一、煤基活性炭的制备方法1. 物理法物理法制备煤基活性炭是指利用物理方法进行煤的活化处理，不引入化学试剂。
常见的物理法包括高温蒸汽活化法、热解法和微波活化法等。
高温蒸汽活化法是将煤料置于高温蒸汽中，使煤料结构发生变化，增加孔隙结构，提高活性炭的吸附性能。
热解法则是通过高温热解煤料，使其发生结构改变，在不同温度下制备不同孔隙结构的活性炭。
微波活化法则是利用微波加热技术，使煤料在短时间内快速升温，从而形成活性炭。
2. 化学法化学法制备煤基活性炭是指在煤料活化过程中引入化学试剂进行处理，常见的化学法包括酸碱活化法、盐活化法和气相活化法等。
酸碱活化法是指将煤料浸泡在酸碱溶液中，通过酸碱的腐蚀作用使煤料表面形成大量微孔结构，提高活性炭的比表面积和孔隙度。
盐活化法是将含有碱金属盐的混合物与煤料一起进行高温处理，使煤料活化形成孔隙结构。
气相活化法则是将气体（如二氧化碳、水蒸汽等）引入煤料，在高温条件下使煤料发生活化反应，形成活性炭。
3. 组合法组合法是指将物理法和化学法相结合，利用物理和化学共同作用的方式进行煤基活性炭的制备。
采用酸碱活化法和高温热解法相结合，可以在不同温度下分别进行酸碱处理和高温热解，形成丰富的孔隙结构和独特的表面化学性质，提高活性炭的吸附性能。
二、煤基活性炭制备工艺参数优化1. 原料选择煤基活性炭的原料选择对活性炭的性能具有重要影响。
一般来说，煤基活性炭的原料主要包括无烟煤、褐煤和木质素等，其中无烟煤是较为理想的原料，因其含碳量高、结构致密，制备活性炭具有较高的吸附性能。
2. 活化剂选择活化剂的选择对制备煤基活性炭也具有重要影响。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种具有高比表面积、孔隙度大等优点的重要工业材料。
其制备工艺的研究是制备高品质煤基活性炭的关键。
本文将从煤基活性炭制备的工艺流程、制备工艺参数优化以及材料特性等方面综述煤基活性炭制备工艺的研究进展。
1. 工艺流程煤基活性炭的制备工艺流程主要包括原料处理、干燥、炭化、活化等步骤。
1.1 原料处理煤作为煤基活性炭的主要原料，需要进行物理、化学处理，除去其中的杂质、灰分、硫等，以保证制备出的煤基活性炭品质良好。
此外，原料的粒度大小和煤种选择也会影响活性炭的品质。
1.2 干燥为了避免活化过程中水分蒸发带来的影响，需要将原料进行干燥处理，使其含水率降至一定水平。
1.3 炭化炭化是指在一定条件下将原料进行热解，使其中的有机物转化成碳酸盐以及一部分煤醚。
炭化的条件包括温度、时间、升降温速度等，会直接影响煤基活性炭的孔隙度、比表面积等特性。
炭化后的煤基材料需要进行活化。
活化过程可以分为化学活化和物理活化两种类型。
化学活化是将炭化的材料进行氧化处理，使其中的碳酸盐分解，产生大量二氧化碳和水，从而形成大量的孔隙结构；物理活化则是在相对较高的温度和压力下将炭化的材料与蒸汽或空气等作用剂接触，形成孔隙结构。
活化条件的选择与活化剂的种类、浓度密切相关。
在活化过程中，需要控制的参数包括活化温度、时间、活化剂种类和浓度等。
2. 工艺参数的优化研究表明，煤基活性炭的制备工艺参数对活性炭的孔隙度、比表面积等特性有着十分显著的影响。
下面就几个重要参数进行阐述。
炭化温度直接影响煤基活性炭的孔隙度。
随着炭化温度的上升，煤基材料的孔隙结构不断变大，孔径不断增大，孔隙度也不断提高。
但当炭化温度过高时，孔隙结构的增长速率减缓，同时炭与氧气反应的副反应也会增加，使得孔隙可操作空间缩小，煤基活性炭的吸附性能下降。
2.2 活化温度活化温度也是影响煤基活性炭孔隙度和比表面积的重要因素。
活化温度较大时，孔隙结构增大，但过大的活化温度也会导致孔隙结构破坏，产生孔堵塞现象。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究作者：黄景星来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第05期摘要：本文主要研究分析煤基活性炭的制备工艺，对其活化原理进行详细描述。
为今后煤基活性炭的发展走向提供进一步的研究思路。
关键词：煤基活性炭；炭化；活化活性炭，又称为多孔碳。
其间隙较大，且是一种人工碳材料堆积而成的。
作为碳的一种，活性炭拥有稳定的物理和化学性质，能够承受高温、高压并抗酸碱度。
活性炭不会在水、有机溶剂中消解。
是一种环保的，经济类的材料。
活性炭的制备类材料应用面比较广泛，就原料来说，活性炭的制备原料分类有木制以及煤质类原料。
此外，果壳、秸秆以及纸浆等都可以作为木制原料。
而无烟煤、沥青等则是煤质类原料的绝佳选择。
1 煤基活性炭的制备工艺研究过程1.1 炭化在煤基类活性炭的制备过程中，只有让煤分子结构中的含氧官能团断裂，同时令自由基芳环进行分解聚合，才能让碳的含量大幅度提升，让煤基活性炭的生产流程能够顺利实施。
工艺师需要在活化过程中，仔细研习孔隙碳结构。
总的来说，炭化煤基活性炭的工艺，需要坚决杜绝空气的进入，化学品也不能参与其中，氢、氧等大部分的非碳元素需要不断被分解，此后才能顺利进行炭化。
在炭化的过程中的第一步骤，就是分解，通过气态的方式；其次是自由的碳元素需要进行结合，进而由无序变为有序；第三，通过无序的碳进行填充，才能形成孔隙发达，具有成熟结构的活性炭。
1.2 活化活性炭的主要成分是碳，此外还有少量灰分，是一种类石墨螺层型微晶结构。
赋予炭颗粒活性，使炭形成多孔的微晶结构，具有发达的表面积的过程称为活化过程。
活化过程分为化学活化法以及物理活化法两类。
在化学活化法中，要将化学药剂和含碳物质相互结合。
此类方法制得的活性炭，次微孔发达，多用于液相吸附。
而在物理活化法则是一种气体活化方法，有三个要素需要参与其中，即水蒸气、二氧化碳以及氧气。
此类活化法制得的活性炭，微孔发达，对气相物质有很好的吸附力，当然也可通过控制炭的活化程度而用于液相吸附。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种常见的吸附材料，具有优异的吸附能力和很高的表面积。
由于其制备工艺直接影响到其吸附性能和使用范围，因此对煤基活性炭制备工艺的研究非常重要。
煤基活性炭的制备工艺通常分为两个步骤：炭疽化和活化。
炭疽化是将煤炭高温处理，使其变为炭黑，同时释放出volatile matter。
活化是通过进一步高温处理，使炭黑表面生成大量的微孔结构，从而增加其比表面积和吸附容量。
炭疽化可以通过两种方法进行：物理炭疽化和化学炭疽化。
物理炭疽化是将煤炭加热至较高温度，使其发生干馏，从而分离出volatile matter和炭黑。
这种方法的优点是能够得到高质量的炭黑，但操作条件较为严格，成本较高。
化学炭疽化是将煤炭与化学试剂反应，生成可挥发成分，然后进行热解，得到炭黑。
这种方法的优点是操作条件相对简单，成本较低，但得到的炭黑质量较低。
活化通常可以通过两种方法进行：物理活化和化学活化。
物理活化是将炭黑加热至高温，在活化剂（例如水蒸气、二氧化碳等）的作用下，炭黑表面发生物理变化，生成多孔结构。
这种方法的优点是操作相对简单，产品质量较高，但活化效果较差。
化学活化是将炭黑与活化剂进行反应，在高温下发生化学反应，形成大量的微孔结构。
这种方法的优点是活化效果好，但活化剂的选择和使用需要谨慎，成本较高。
在煤基活性炭制备工艺中，关键问题包括炭疽化温度、炭疽化时间、活化温度、活化时间、活化剂种类和用量等。
通过调控这些参数，可以得到具有不同吸附性能的煤基活性炭。
还可以通过添加助剂、改变煤炭种类等方法来改善煤基活性炭的吸附性能。
煤基活性炭制备工艺的研究对于提高煤基活性炭的吸附性能和扩大其应用范围具有重要意义。
通过调控炭疽化和活化的条件和参数，可以得到具有不同吸附性能的煤基活性炭，满足不同领域和应用的需求。
还可以通过添加助剂、改变煤炭种类等方法来改善煤基活性炭的吸附性能。
希望相关科研人员能够继续深入研究，并开发出更高性能的煤基活性炭制备工艺。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种重要的吸附材料，具有广泛的应用领域，如环境保护、水处理、气相净化等。
煤基活性炭制备工艺对其吸附性能和应用效果具有重要影响。
本文将从煤基活性炭的制备原理、工艺条件和研究进展等方面展开讨论，旨在探讨煤基活性炭制备工艺的最新研究进展和发展趋势。
一、煤基活性炭的制备原理煤基活性炭是在一定的条件下，通过煤的热解、气化和活化等过程制备而成的一种多孔材料。
其原理主要包括以下几点：1. 煤的热解：煤在高温下经过一定时间的加热，发生热解反应，生成固体焦炭和气体产物。
这是煤基活性炭制备的起始步骤。
2. 煤的气化：煤在气化剂的作用下，发生气化反应，生成可燃气体和灰渣。
气化是活性炭制备中的关键步骤，通过控制气化剂的种类和用量，可以调控活性炭的孔结构和表面化学性质。
3. 活化过程：经过煤的热解和气化后，得到的焦炭还不能满足活性炭的性能要求，需要进行活化处理。
活化是指将焦炭与活化剂（一般为水蒸气或二氧化碳）接触，使其在高温下发生气相反应，生成更多的活性位点和孔结构，提高活性炭的孔隙度和比表面积。
在实际生产中，煤基活性炭的制备工艺条件是影响其品质和性能的重要因素。
主要包括原料选择、炭化温度、气化剂种类和用量、活化温度和时间等。
1. 原料选择：煤基活性炭的原料主要是煤，而煤的种类、含量和组成对活性炭的性能有很大影响。
一般来说，煤中挥发分和固体碳含量较高的品种适合制备高孔隙度的活性炭，而灰分含量的增加可能会影响活性炭的孔结构和吸附性能。
2. 炭化温度：炭化温度是指煤在高温下发生热解反应的温度。
合适的炭化温度可以保证煤在热解过程中产生足够的焦炭，并且不会烧穿燃烧室。
一般来说，炭化温度在800 ~ 1000℃之间较为适宜。
3. 气化剂种类和用量：气化剂对活性炭的孔结构和表面化学性质有重要影响。
一般来说，二氧化碳气化得到的活性炭比水蒸气气化得到的活性炭具有更多的微多孔和介孔结构，但水蒸气气化更有利于提高活性炭的表面化学性质。
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第26卷第3期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol.26,No.32003年9月J.of Wuhan Uni.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition )Sep 2003 收稿日期:2003-04-10 作者简介:王大春(1976—),男,武汉科技大学化工与资源环境学院,硕士生1高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展王大春1,童仕唐1,张海禄1,胡新亮2(1.武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北武汉,430081;2.济南钢铁集团公司技术中心,山东济南,250000)摘要:就制备高性能活性炭的炭化料作了综合论述,介绍了原料的选取、炭化路径及其速度的控制、煤的氧化改性和化学药剂的添加等因素对炭化物结构的影响。
关键词:活性炭;炭化;炭素前驱体;非石墨化炭中图分类号:TQ424.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3090(2003)03-0251-031 问题的提出当今,随着活性炭需要量的增加和用途的扩大,生产活性炭的主要原料已经由木材、果壳等转向煤炭。
用煤炭生产活性炭与其他含碳物质一样,都是在几百度温度下炭化,然后再活化而制得的。
原材料的炭化是经过热分解放出挥发分,氢与氧绝大部分呈气体的形态脱离,碳则以石墨微晶的形式残存,这些微晶之间相互的配向不规则,各个微晶之间存在着间隙,从而形成初始孔隙,为活化创造条件。
原料的炭化温度一般在(500～800)℃的范围内,在这个温度下形成的炭并不是完全的炭,而是被称为炭素前驱体的物质。
“炭素前驱体”的结构基本上决定了再处理(再经更高温度处理)炭的结构。
炭素前驱体是一种“无定型炭”,它是“由数层的炭网平面组成的微晶群和其他未组成层的单个网状平面以及无规则炭三部分组成”。
这三部分含量的多少以及由此决定的网平面重叠程度的大小,可以将无定型炭分为“易石墨化炭”和“难石墨化炭”。
同时这三部分含量的多寡最终决定了吸附性能的好坏,要使其具有高吸附性能,则需要构成多孔性。
为了满足这个条件,从理论上说,活性炭微晶结构必然是非平面化的组成成分的无规则排列的结果。
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d 002值越大,比表面积就越大,吸附性能越高。
邱介山[1]用X 射线技术研究了碳分子筛的微晶结构,发现碳分子筛的微晶结构是典型的无定型碳结构;解强等[2]发现,活性炭微晶的层间距d 002越大,微晶尺寸L c 和L a 越小,活性炭的吸附性能越好;牟应蓉[3]在X 射线衍射分析的基础上,又计算了活性炭微晶结构的石墨化度g ,发现微晶结构的不规则程度越大,即层间距越大,活性炭的吸附性能越大;反之,吸附性能越小。
由此可见,要制备高质量的活性炭,炭化料的制备是关键。
本文就高质量煤基活性炭炭化料制备的几个问题进行探讨。
2 制备高性能活性炭炭化料2.1 原料的选择在活性炭的生产中一般选用煤化度较浅的无粘结性煤,如褐煤、不粘煤、弱粘煤为原料。
因为煤的组成中含有纤维素炭、丝炭较多,加热时比较容易形成微晶的杂乱排列和较多的孔隙结构,在生产过程中不需特别加工。
如果用粘结性煤,如气煤、肥煤、焦煤、瘦煤制造活性炭,则要对原料进行变性处理。
这种煤是所有煤中最缺乏孔隙结构、内表面积最小和反应性最低的一种煤。
老年无烟煤煤化度最深,其基本微晶中石墨层状排列比较规则,这对制造活性炭是不利的,所以选用年轻的无烟煤,它既具有含碳量高、挥发分适中的优点,又具有加热不产生煤焦油、物料不粘结、不膨胀、不易形成微晶规则排列的石墨化结构等好处,比较容易制造出优质的活性炭。
另外,灰分也是选择活性炭原料方面的一个重要指标,原料中的无机成分在炭化过程中几乎不减少而残存于炭化料中,当原料中的灰分为1%时,若炭化得率为20%,则炭化料中的灰分将为5%;如用该炭化料生产活性炭,假设活性炭的得率为50%,则活性炭的灰分含量将达到10%。
由于灰分几乎没有吸附能力,它与灰分为零的场合比较,单位质量活性炭的吸附能力就降低10%左右,因此要求原料中的灰分尽可能少。
对灰分较高的煤样,可以在炭化前用HCl 2HF 脱灰。
2.2 炭化路径及其升温速度的控制含炭材料通过加热处理进行炭化的过程中,在达500℃左右的加热条件下,生成“炭素前驱体”。
根据微晶排列取向性的差异,把炭素前驱体分为两类:择优取向性好的易石墨化炭和没有取向性的难石墨化炭。
炭素前驱体的结构特征决定了进一步热处理后所得的炭素材料的结构。
取向性好的易石墨化的炭素前驱体进一步加热经石墨化过程可得到石墨炭。
取向性差的难石墨化的炭素前驱体即使在很高的高温处理后,其石墨化程度也很低。
因此,可以认为,经低温炭化过程得到了哪种低温型炭素前驱体,那么在进行高温处理时,除非采用特殊的处理方法,否则只能出现与其低温型相对应的高温型结构。
所以,为了制取具有任意结构、进而具备任意物性的炭素前驱体,关键在于控制在到达低温型结构以前的过程以及以化学反应为主的所谓炭化过程。
含炭材料的炭化可分为三条途径,即气相炭化、液相炭化和固相炭化。
含炭材料的具体炭化路径取决于含炭材料的熔点、沸点和炭化反应的起始温度等。
在炭化温度下,含炭材料以气相存在,所进行的炭化过程为气相炭化;含炭材料以液相存在,所进行的炭化过程为液相炭化;含炭材料以固相存在,所进行的炭化过程为固相炭化。
对制固体多孔性吸附材料,有意义的炭化主要是固相炭化。
对无高度取向结构的原材料,经固相炭化,一般成为取向性差、难石墨化、各向同性的炭素前驱体。
炭化升温速度对炭素前驱体的微晶结构有很大的影响。
对粘结性煤,由于是液相炭化,在可塑区内,特别是在原料煤的软化熔融带,采取缓慢加热升温,将煤中粘结性成分从低温区徐徐分解析出,使颗粒固化,从而避免熔融、粘结、膨胀。
提高升温速度会增加胶质体的生成量,扩大原料煤的软化、固化温度间隔。
由于升温速度的提高,可使煤的热分解速度加快,短时间内产生较多合适的游离基,而且气体的析出速度和胶质体的流动性增加,有利于中间相的生长和炭素前驱体石墨化度的提高,但不利于活性炭孔隙结构的发育。
因此,用粘结性煤为原料时必须避免快速升温。
对于非粘结性煤,由于是固相炭化,提高升温速度却有相反的结果。
Jankowska等[4]认为,高的升温速度对微晶结构的有序化不利。
这是因为在固相中进行,自由基移动慢,没有足够的时间有序化,同时,高的升温速度会在短时间内析出大量的挥发分,结果生成大的孔隙,而且炭化反应产物的反应性也较慢速升温时高(这是因为大的孔隙和微晶结构的有序化程度低的缘故)。
但值得注意的是,高的升温速度对活性炭的强度不利,升温速度提高,炭化产物的强度下降。
2.3 对煤进行氧化以控制炭化物的结构张双全等[5]用KNO3以水溶液的形式与煤粉混合搅拌均匀,在650℃条件下炭化30min后得到易于孔隙良性发育的炭化料。
究其原因,是因为煤中存在大量的毛细孔道,大部分KNO3溶液在与煤的混合过程中渗透到煤的毛细孔道内部,一部分则被吸附到煤粒的表面。
在物料的炭化过程中,硝酸钾分解放出氧气,将煤分子中的烷基侧链氧化成为二氧化碳、一氧化碳等气体,并在煤的大分子上形成含氧官能团,在煤被氧化的同时,还伴随着煤的分解作用,这两种作用均使煤分子的侧链官能团断裂,煤大分子的核也受到不同程度的破坏,从而抑制了煤热解过程中的分子重排,使层间距增大,有利于活化过程中的扩孔作用,在炭化后形成非石墨化炭化料。
由于氧化作用在煤的毛细孔内部,使得炭化过程中形成的初始孔隙率较高。
由于煤在低温下就开始热分解,这样就减少了一次热解产物在孔隙中的二次热解,从而也就减少了产生积碳的机会,所以孔隙中的阻塞物较少,活化气体的可达性提高,这种作用对煤样的扩孔、造孔、提高活化速度是非常有利的。
对粘结性煤,通常在小于300℃(低于燃点)下用空气或含氧小于10%的气体对煤进行轻度氧化,使部分氧结合在煤中、煤表面形成一层粘结性低的氧化膜,从而降低煤的粘结性和膨胀性。
粘结性煤经过改性后炭化得到的炭化料微晶结构与未改性处理的炭化料相比,石墨微晶的层间距d002增大,微晶层片的尺寸L c变小(见表1),说明改性处理表1 炭化料的X衍射结果[6]炭化料样微晶结构参数d002/nm L c/nm 原煤未改性炭化料0135121533氧化改性炭化料0135321279的炭化料,无定型结构更发达,更适合生产高吸附性能的活性炭。
笔者的实验表明,经过氧化改性处理后的炭化料对苯酚的吸附容量为55.35mg/ g,比未经改性处理的炭化料的吸附容量大28.28mg/g。
乐政等[6]采用对原料煤样在280℃下氧化处理60min,煤的粘结性指数大大降低,然后以不高于5℃/min的升温速度升温至600℃炭化30min,所得炭化料互不粘结,无膨胀性,机械强度较高,大于未经氧化的炭化料的强度。
据文252 武汉科技大学学报(自然科学版) 2003年第3期献[7,8,9]报道,对煤进行预氧化后炭化对炭素前驱体的结构有重大影响。
煤氧化后再经炭化,炭化物中d 002增大,L c 减小,石墨化程度降低,有利于生成各向同性、难石墨化的炭素前驱体。
这是因为氧化使煤的含氧量增加,大分子中的侧链被氧化,甚至芳香环也被氧化而生成含氧官能团,在空间形成交联结构,从而在炭化过程中难以形成有序化的石墨微晶。
但是用空气氧化,难以在颗粒物料的内部均匀进行,而用KNO 3,可以在物料的内部均匀进行。
笔者把煤样(高硫、低变质程度的烟煤)在空气中升温到280℃下处理60min 后,以8℃/min 升温到600℃,处理30min ,测得炭化料对苯酚的吸附容量为32.69mg/g ,而用KNO 3以同样的升温方法氧化后的炭化料对苯酚的吸附容量为59.58mg/g 。
2.4 添加化学药剂对于粘结性煤,在其中加入少量的化学药剂如H 3BO 3和KMnO 4,能降低煤的粘结性,H 3BO 3是与煤中的羟基官能团发生酯化反应,提高了煤的软化温度。
研究最多的是加入KOH ,有研究表明[2]:随KOH 的增加,所得炭化物微晶尺寸减小,层间距增大(见表2),即生成了各向同性以无定型炭为主的炭素前驱体。
由于KOH 与煤的反表2煤与不同比率的KOH 共炭化的炭化物的结构特征KOH 比率/%0151025炭化物d 0020136101366013670137301375微晶尺寸/nmLc 1146911538113001108601947L a2133121228212252122121047应在远低于产生胶质体的温度下进行,这样本可以对形成液晶做出贡献的侧链小分子就预先除去,炭化时不可能生成形成液晶所需的气、液相条件,炭化只能按固相炭化过程进行,必然生成取向性差的炭素前驱体。
3 结语经过对煤样的选取,采用控制炭化升温速度,氧化改性,添加化学药剂,能使改性后的炭化料的无定型炭微晶结构更显著,活化更容易进行,用这样的炭化料能够生产出高质量的活性炭。