椰壳炭制备高比表面积活性炭的研究
活性炭吸附技术在VOC废气治理工程中的应用研究
PART 03
活性炭吸附技术在VOC 废气治理中的应用
VOC废气的来源与危害
工业生产
VOC废气主要来源于工业生产过 程中产生的挥发性有机物，如石 油化工、印刷、家具制造等行业
。
危害人体健康
VOC废气对人体健康有严重影响， 如刺激眼睛、呼吸道，引起头痛、 恶心等症状，甚至导致癌症等疾病 。
PART 04
活性炭吸附技术的优化与 改进
活性炭的再生与循环利用
活性炭再生
活性炭吸附饱和后，通过加热、化学浸泡等方法，将吸附在 活性炭上的污染物脱附下来，使活性炭恢复吸附能力，实现 循环利用。
再生效率
提高活性炭再生的效率和效果，降低再生成本，是实现活性 炭循环利用的关键。
活性炭吸附技术的联合处理技术
活性炭吸附容量测定
测定一定时间内活性炭的吸附量，评估其吸 附性能。
经济效益分析
对比活性炭吸附技术的投资、运行成本与传 统的废气处理技术，评估其经济效益。
工程实践效果评估实例
实例一
某家具制造企业采用活性炭吸附 技术处理VOC废气，处理效率达 到90%以上，活性炭吸附容量为
0.5kg/kg，再生后性能稳定。
活性炭吸附技术与其他废气治 理技术的联合应用也是未来的 研究方向之一，以提高废气治 理的整体效果和降低治理成本 。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
护。
经济性好
活性炭吸附技术相对其 他废气治理技术成本较
低，经济效益较高。
活性炭吸附技术在VOC废气治理中的应用案例
某家具制造企业
采用活性炭吸附技术处理喷漆过程中产生的VOC废气，处理效率达到90%以上， 有效降低了废气对环境和人体健康的影响。
活性炭制备及应用
活性炭的制备及应用1．活性炭的制备1.1化学活化法1.1.1氯化锌法氯化锌法制造工艺为在原料中加人重量是原料0.5～4倍、比重为1.8左右的浓氯化锌溶液并进行混合，让氯化锌浸渍，然后在回转炉中隔绝空气加热~600-700℃，由于氯化锌的脱水作用，原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭。
1.1.2 磷酸法磷酸活化原则上是将精细粉碎的原料与磷酸溶液混合，接着混合物被烘干，并在转炉内加热到400～600℃，众所熟知的工艺过程是在较高的温度下(1 100℃)进行的。
1.2 气体活化法微波加热法制活性炭含碳原料在600℃以上的温度下进行预热处理，与水蒸气、二氧化碳、含氧气体或活化产生的气体接触，以微波直接加热，即可完成活化．但由通常活化方法能制得活性炭的煤类、石油类、木质类等原料，想用微波加热到完全活化温度是不可能的．例如煤、沥青、木材等原料，若照射微波，最初因水分发热，温度可达100℃左右，然后当水分蒸发完，发热极小，要升温到100℃以上，或不可能或需很长的时间。
1.3 药品活化和气体活化的配合使用气体活化和药品活化有时还配合起来使用．对受过药品活化处理的炭，进一步进行水蒸气活化，有时能制造出特殊细孔分布的产品，并使幅度很广的细孔数增加．用活性炭处理含有会堵塞炭的细孔的那样物质的气体时，例如，用粒状活性炭从城市煤气中吸附除去苯时，活性炭的细孔被城市煤气中的二烯烃堵塞而迅速老化．为制造这种情况下能使用的活性炭，曾应用过这种配合使用的活化方法．勒吉公司的苯佐尔邦牌活性炭就是有代表性的这类活性炭。
1.4 连续炭化活化法用比较简单的流动加热炉连续进行炭化和限制氧化活化的活性炭生产方法，并且操作省工、产品质量较好．该方法特点是：把含水率调整到l5％～30％的活性炭原料，连续地送入流动加热炉，同时由炉底鼓入适量的空气，使炉内进行炭化和限制氧化活化，在原料入炉前到载入炉时，仅向炉内送入少量火种，加上从炉的下部鼓入适量空气，促使原料部分燃烧，以便加热原料本身．炉内温度和炭化速度靠鼓入空气量和投料量进行调整．鼓风除用于原料部分燃烧和加热外，还用于使炭化过程中的粒子流态化和连续不断进行的活化反应中。
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。
晋城超低灰无烟煤制备高比表面积颗粒活性炭的试验研究
关 键词 ： 城 无烟 煤 ；超低 灰 ；活性炭 ；高 比表 面积 晋
中图分 类号 ： Ｑ ４ ４ １ Ｔ ２ ． 文 献标 志码 ： Ａ
０ 引 言
前我国的煤质活性炭几乎全部采用低灰 、 低硫 的优质无烟煤 （ 如宁夏 的太西煤 ） 和烟煤（ 山西大 同的弱 如
粘煤 ， 陕蒙 地 区的不 粘煤 、 粘 煤 和 长 烟煤 ） 弱 。并 且 ， 于低 牌 号 的烟 煤 成 型 时 存 在 强 度 差 、 粉 化 等 缺 由 易 陷， 因此市 场需 求量 最大 的成 型活 性炭 目前 主 要依 赖 于 资 源量 有 限 的太 西 无 烟煤 （ 已划 归保 护性 开 采 ） 。 可见 ， 扩大 煤质 活性 炭 的资源 ， 尤其 是 扩 大用 于制 备成 型 活 性炭 的无 烟煤 资 源是 今 后 活 性炭 工 业所 面 Ｉ 临
文 章 编 号 ：１７ ９ １ （ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ６ ２— ３ ５ ２ １ ） ２— ２９— ５
晋 城超 低 灰 无 烟 煤 制备 高 比 表 面 积 颗 粒 活 性 炭 的试 验 研 究
王水利 ， 王 健
（ 西安科技大学 化学 与化工学院 ， 陕西 西安 ７ ０ ５ ） １０ ４
表 ２ 晋 城 无 烟 煤 超低 灰 化 处 理 条 件 及 结 果
Ｔａ ． Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ ｏ ｂ ２ ｅ ｒ ｔｏ ｃ ｎｄｉｉ ｎｓ ａ ｔｏ ｎｄ ｅ ｕｌｓ ｏ ｔ ａ ｌ ｗ ｓ ａｎ ｈｒ ｉｅ ｒ ｓ ｔ ｆｕｌｒ －ｏ ａ ｈ ｔ ａｃｔ
１ ２ 颗粒 活性炭 制 备 ．
原 煤超 低灰 化采 用 酸洗脱 灰 法 。为 了降低脱 灰 酸 的用 量及 其 对原 煤 和 环境 的破坏 ， 洗脱 灰 之 前 首 酸
生物质活性炭制备及应用研究(硕士论文)
生物质热解制备生物活性炭及其应用研究
生物质热解制备生物活性炭及其应用研究生物质是一种可再生资源，因此在可持续发展的要求下，生物质被广泛应用于能源、化学品等领域。
其中，生物质热解制备生物活性炭，成为一个备受关注的研究领域。
本文将从热解原理、炭素微观结构、制备工艺、生物活性及应用等方面，综述生物质热解制备生物活性炭及其应用研究现状和发展趋势。
一、热解原理生物质热解是将生物质在高温、缺氧或微氧气氛下，通过热解分解的方法产生热解物和热解气。
热解物中主要包括生物炭、液态产品和气相产物。
由于热解过程中气相产物与液态产品往往难以利用，因此炭素材料成为研究的重点。
热解过程中，生物质分子在热分解温度下发生热解反应，形成机械强度高、孔径分布广和化学性质稳定的生物炭。
同时，生物质热解还可产生大量的有机气体和液体燃料，其在生物质能源利用和液体燃料化工等领域具有广泛的应用。
二、炭素微观结构生物质热解制备生物活性炭，是通过对生物质中的碳元素进行裂解和重组来实现的。
大多数生物炭的基础结构是由碳微晶和非晶碳组成，并包含氧、氢和少量其他元素（如N、S、P）。
在热解的过程中，碳微晶会发生聚合、重组和结构调控等反应，从而形成生物炭的独特微观结构。
生物炭的微观结构具有复杂性、多样性和可调控性。
其中，孔径结构、比表面积和石墨度等是制备、性能评价及应用的重要参数。
孔径大小、分布和形态等决定了生物炭的吸附性能、离子交换能力等。
比表面积是表征生物炭吸附、催化和电化学等特性的重要参数。
石墨度可反映生物炭结构的纤维化和烷基化程度。
三、制备工艺生物质热解制备生物活性炭的制备工艺较为复杂，其中包含了多种制备方法。
例如：慢热解法、快速热解法、催化热解法等。
其中，慢热解法是最常用的生物炭制备方法之一。
该方法利用生物质在缺氧或微氧气氛下，在较低温度下热分解，生成主要由非晶碳、小晶体石墨和极微晶体石墨组成的生物炭。
优点是制备工艺简单，一般不需要添加活性剂、催化剂。
缺点是制备周期长，产量较低。
快速热解法是利用生物质在短时间内受到高温高压作用，使部分挥发性物质蒸汽化，其热解程度较之慢热解法更高，可以通过改变处理温度、气氛、时间等控制生物炭的结构和性能。
活性炭的制备
活性炭的制备1活性炭的制备原料 (1)2活性炭的制备方法 (1)3煤基活性炭的制备方法 (2)4煤基活性炭中的粘结剂 (3)1 活性炭的制备原料活性炭的结构特性依赖于前躯体的性质、原料的炭化、活化和化学的调整条件［22］。
选择合适的原料是影响活性炭性质的一个重要因素，活性炭可用各种类型的碳质材料来制备，来源非常广泛，大体可以分为以下几类：①有机高分子聚合物，如萨兰树脂、酚醛树脂、聚糖醇等；②植物类，主要是利用植物的坚果壳或核，如核桃壳、杏核、椰壳等；③煤及煤的衍生物，如各种不同煤化度的煤及其混合物。
原料的选择一般以低灰分、高含碳量以及尽可能低的挥发分为最佳。
较好的原料主要是煤（褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤）、木材、果壳。
由于煤来源广泛、价格低廉、制备工艺相对简单而应用较多。
煤的主要成分是碳，表面化学性质活泼，孔隙率高、比表面积大，其多孔结构有利于制成活性吸附材料。
在以煤为原料制备活性炭的技术开发方面，德国、日本、美国、俄罗斯和中国已做了大量的研究工作，并取得了一定成果。
2 活性炭的制备方法活性炭的制备方法主要可以分为：碳化法、活化法、碳沉积法、热收缩等方法。
碳化法是将碳质原料置于惰性气氛中，以适当的热解条件得到碳化产品的方法。
其基本原理是基于加热过程中各基团、桥键、自由基和芳环等复杂的分解聚合反应，表现为碳化产物的孔隙发展、孔径的扩大和收缩。
在碳化过程中，碳质原料中的热不稳定组分以挥发分形式脱出，从而在半焦上留下孔隙。
碳化法适用于高挥发分原料，是所有其他方法的基础。
影响碳化过程的主要因素是升温速率、碳化温度与恒温时间。
采用的升温速率一般在5〜15°C/min，碳化温度多在500〜1100°，恒温时间为0.5〜2h。
活化法是将碳质原料置于活性介质中加热平缓处理，以发展其孔径的方法。
其原理是基于碳质原料部分碳的烧失，使封闭的孔得以打开，从而使其孔隙结构得到发展，孔径大小达到所需要的范围。
利用生物质制备环保型活性炭的研究和应用
利用生物质制备环保型活性炭的研究和应用生物质是一种可再生能源，由于其来源广泛、成本较低以及对环境的友好性，在能源领域中的应用不断拓展。
近年来，生物质制备环保型活性炭的研究引起了人们的关注，这种活性炭具有良好的吸附性能和环保特性，在水处理、空气净化等领域有着广泛的应用前景。
生物质制备环保型活性炭的基础是利用生物质作为原料，采用热解法或物理激活法获得活性炭。
生物质可以是农作物秸秆、木材、植物纤维等，这些废弃物中的有机成分可以被转化为具有吸附能力的碳质材料。
与传统矿物质原料相比，生物质原料在取得、加工和运输等环节中所产生的温室气体排放量更低，因此生物质制备环保型活性炭符合“低碳经济”和“循环经济”等现代环保理念。
热解法是一种将物质加热至高温并在无氧或微氧气氛下分解为固体炭和有机气体的方法。
在生物质进行热解时，废弃物内的碳、氧、氢等元素会发生化学反应，失去一部分氧和水分后，最终形成高比表面积和多孔的活性炭。
热解温度、加热速率和热解过程中气氛的控制是影响热解产物性质的重要因素。
目前，热解法正逐渐成为生物质制备环保型活性炭的主要方法之一。
物理激活法是将生物质碾磨成粉末或颗粒后，在高温下再次加热，在氮气或碳酸气氛中直接激活所得到的碳质材料。
这种方法不需要添加化学剂，因此在制备过程中环境污染较小。
物理激活法所得到的活性炭比较均匀，具有优异的微孔介径和单孔直径，吸附能力强。
生物质制备的环保型活性炭具有许多良好的特性。
其第一个特点是高比表面积和多孔性。
热解法制备的活性炭比表面积可以达到2000平方米/克以上，表面有着大量的微孔和小孔，这使得它的吸附能力非常强。
此外，由于生物质原料的含水率较高，热解时会产生一定量的气体，这些气体在碳化过程中跑出的细小孔道，形成了很多多孔的活性炭，因此生物质制备的环保型活性炭具有较好的多孔结构。
其次，环保型活性炭可以有效地去除水中的有害污染物。
在饮用水处理、污水处理和工业废水处理等领域，环保型活性炭可以去除水中的重金属、有机物、氯、氯气等有害物质，使得水质得到充分保护。
活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的研究
活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的研究一、本文概述随着工业化的快速发展，环境污染问题日益严重，尤其是有机污染物和硫氧化物的排放对大气质量和生态环境造成了严重影响。
活性炭作为一种高效、环保的吸附剂，在空气净化领域得到了广泛应用。
本文旨在研究活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的效果及其机理，为环境保护和空气净化技术的发展提供理论支持和实践指导。
本文首先介绍了丙酮和二氧化硫的来源、危害及现有的净化技术，重点阐述了活性炭吸附法的优势和应用现状。
随后，通过实验研究了活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附性能，包括吸附速率、吸附容量和吸附机理等方面。
本文还探讨了活性炭的改性方法以及改性后活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附性能变化。
本文总结了活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的研究成果，指出了目前存在的问题和未来的研究方向。
本文的研究不仅有助于深入了解活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的机理和效果，还为活性炭在空气净化领域的应用提供了理论依据和实践指导。
本文的研究成果对于推动环境保护和空气净化技术的发展具有重要意义。
二、活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的实验研究活性炭作为一种多孔性炭质材料，具有高的比表面积和良好的吸附性能，因此被广泛应用于气体和液体的净化过程中。
本研究旨在通过实验，探究活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附性能及其影响因素，从而为活性炭在实际净化过程中的应用提供理论依据。
本实验选用了几种不同类型的活性炭，包括椰壳活性炭、煤质活性炭和木质活性炭，它们具有不同的孔径分布和表面化学性质。
实验采用静态吸附法，将活性炭置于密闭的容器中，分别通入含有丙酮和二氧化硫的气体，通过测定不同时间点的气体浓度变化，研究活性炭对这两种气体的吸附动力学和平衡吸附容量。
吸附动力学研究：实验结果表明，活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附过程均符合Langmuir吸附动力学模型。
在吸附初期，活性炭表面有大量的吸附位点，吸附速率较快；随着吸附的进行，吸附位点逐渐减少，吸附速率逐渐降低，直至达到吸附平衡。
活性炭表面积
活性炭表面积在物理学上，我们知道，一个物体的表面积越大，所容纳的物体就越多，那么这个物体也就越大。
而生活中，用“活性炭”这个词来形容东西比较吸收性能好，同样可以说明这个问题，因为只要东西有吸收性能，它必定有表面积。
活性炭的表面积究竟有多大？又有多少呢？答案是：无法精确测量。
活性炭的表面积是无法测量的，因为活性炭的内部结构比较复杂，没有人能够打开活性炭的内部结构看到里面的“世界”。
但是通过对活性炭微观结构的认识，我们还是能了解它的大概情况的。
由于组成活性炭的原料十分丰富，且活性炭的微孔孔隙率与微孔壁的平均孔径都很高，因此活性炭具有极大的比表面积。
活性炭具有比表面积大、吸附能力强的特点，在一定的条件下，活性炭对某种物质的吸附能力与它的比表面积密切相关。
科学研究证明，活性炭的比表面积和其孔径大小有直接关系。
当然，影响活性炭比表面积的因素还有很多，如孔径分布、原料结构等。
1、粒径：一般来讲，颗粒越小，比表面积越大。
在活性炭产品中，用作脱色的炭粒越小，因为他们具有较高的机械强度和耐磨强度；而用作除臭的活性炭，则要求具有较大的比表面积。
科学家还发现，在特殊的条件下，活性炭比表面积可以达到几千甚至几百平方米/克，超过许多工业应用对比表面积的要求。
例如，以1克活性炭，使活性炭比表面积达到500平方米时，它可以吸附自身重量20倍的水，也就是说，一个体积仅为1立方分米的空气净化器中装入活性炭之后，活性炭的比表面积就变成了500平方米，相当于一个大型游泳池的表面积。
但是要注意的是，并非所有颗粒越小的活性炭就越好。
颗粒越小，对制造设备、加工过程的要求也越高。
而且，活性炭在吸附饱和之后，需要更换或者进行活化处理，否则就不能发挥其吸附作用。
4、分子间引力的大小。
各个单分子之间的引力越大，吸附力越强。
当一个分子被另一个分子紧紧吸附在其表面时，分子间的作用力主要是靠范德华力维持的，分子之间相互吸引的引力越大，活性炭的比表面积就越大。
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第26卷第2期2006年6月林 产 化 学 与 工 业ChemistryandIndustryofForestProductsVol.26No.2June2006
椰壳炭制备高比表面积活性炭的研究
收稿日期:2005-08-25
作者简介:苏伟(1974-),男,河北灵寿人,讲师,博士,主要从事吸附存储、吸附分离及吸附剂开发方面的研究工作;
E2mail:suweihb@tju.edu.cn 3通讯作者:周理,博士生导师,主要从事吸附理论、吸附存储及吸附分离方面研究。
SUWei
苏伟1,周理13,周亚平2(1.天津大学化工学院化工研究所,天津300072;2.天津大学理学院化学系,天津300072)摘 要: 高比表面积活性炭是一种极具潜力的吸附材料。本研究以椰壳炭为原料,采用水蒸气和CO2共同活化来制备活性炭。研究表明,粒径为0.28～0.90mm的椰壳炭以水蒸气和CO
2
活化10～17h可以制备出比表面积超过2700m2/g的活性炭。活性炭对CO2和CH4有着很强
的吸附能力,在25℃时最高吸附量分别达到20.4和9.6mmol/g。采用一种基于局部密度函数理论的方法计算出活性炭的孔隙主要集中在2nm以下,利用孔径分布结果计算出的吸附量与实验测量值吻合很好。关键词: 活性炭;高比表面积;椰壳炭中图分类号:TQ424.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2006)02-0049-04
PreparationofActivatedCarbonwithHighSpecificSurfaceAreafromCoconutShell
SUWei1,ZHOULi1,ZHOUYa2ping2(1.ChemicalEngineeringResearchCenter,SchoolofChemicalEngineering&Technology,TianjinUniversity,
Tianjin300072,China;2.DepartmentofChemistry,SchoolofScience,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)
Abstract:Anovelprocesswasadoptedtogainactivatedcarbonwithhighspecificsurfaceareafromcoconutshellcharcoal.Thecharcoalwascrushedtopiecesof0.28-0.90mmandactivatedbythemixtureofsteamandcarbondioxidefor16-17htoobtainactivatedcarbonwithsurfaceareagreaterthan2700m2/g.TheadsorptionisothermsofCO2andCH4at25℃weremeasuredandthehighestadsorptionamountsreached20.4and9.6mmol/grespectively.Mostporesoftheactivatedcarbonhadsizessmallerthan2nm,whichwerecalculatedbyasimplemethodbasedonsimplifiedlocaldensitytheory.Keywords:activatedcarbon;highspecificsurfacearea;coconutshellcharcoal
高比表面积活性炭是一种极具潜力的吸附材料,在气体燃料的吸附存储[1]、吸附分离[2]、催化过程[3]、双电层电容器[4]等诸多方面表现出巨大的应用前景。以KOH活化为代表的化学活化法可以得到比表面积超过3000m
2
/g的活性炭,但是大量化学试剂的使用,不仅造成设备的腐蚀,还使后续处理
工艺复杂化。活化后活性炭需要进行酸洗和水洗,洗涤过程产生的大量废水需要经过复杂的处理工艺后,才能达到环保排放的要求。这些都大大提高了活性炭的制备成本。与化学活化法相比,物理活化法的生产工艺简单、清洁,不存在设备腐蚀和环境污染的问题,如无特殊需要,活性炭不需要清洗,可直接使用,已经得到越来越多的关注[5-9]。但是物理活化的活化速率低、能耗高、产率偏低。如何有效降低制备成本已成为开发物理活化工艺的关键。水蒸气活化的速度相对较快,但是一般很难得到比表面积超过2000m2/g的活性炭。CO2活化,可以制备出高比表面积的活性炭,但是需要几十,甚至上百小时的活化时间[7,9]。椰壳是农林产业的副产品,在我国海南、广东一带产量很大,它具有优质的天然结构,利于发达微孔结构的形成,并且制成的炭灰分低、强度高,是制备活性炭的好材料[10]。本研究选用椰壳炭为原料,将水蒸气和CO2两种活化剂结合起来使用,在较短的活化时间内制备出了高比表面积活性炭。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
50 林 产 化 学 与 工 业第26卷1 实验1.1 原料椰壳炭,粒度在0.28～0.90mm之间。氮气,纯度大于99.5%。CO
2,纯度大于99.5%
。
1.2 实验仪器自制低温吸附仪,相对压力范围:10-6～0.995Pa,德国PFEIFFER公司压力传感器(CMR-261,
CMR-264);DZG型真空干燥箱,天津天宇机电有限公司;FSK-2.5-12型管式电阻炉,天津实验电炉厂;AI-708P型智能温度控制器,厦门宇电自动化科技有限公司。1.3 实验方法将炭在120℃真空干燥8h后称取40g,加入立式活化炉内,先通入氮气驱赶系统内的空气,30min
后开始加热,以10℃/min的速度升温至900℃,将氮气切换为活化剂,开始活化,活化结束后停止加热,将活化剂切换为氮气,氮气保护下在炉内降至常温。1.4 分析方法测定活性炭在77K时对氮气的吸附等温线。利用Dubinin-Radushkevich(D-R)方程计算活性炭的比表面积[10];采用相对压力p/p0=0.95时的吸附量来计算孔容积[10]。通过测定活化前后炭的质量变化来计算烧失率。称取一定质量的活性炭,放入量筒后振动量筒直至体积不发生变化,记录下炭的体积,堆密度等于质量与体积的比值。采用局部密度函数[11](Simplifiedlocaldensity)构建活性炭孔内的
局部等温线,认为活性炭吸附量是不同尺寸孔吸附量的叠加,结合实验数据进行优化处理得到活性炭的孔径分布[12]。
图1 活化条件对比表面积的影响Fig.1 Effectsofactivationconditionsonspecificsurfacearea
2 结果与讨论活化分为两阶段:第一阶段,活化剂中水蒸气为主,以较快速度活化,在较短时间内使炭化料具有一定微孔结构;第二阶段,减少水蒸气的用量,增大CO2的用量,进一步开拓和丰富活性炭微孔体系,保持适宜活化速度,并尽量减少微孔壁面烧失。表1给出了部分活性炭的制备条件与性能参数。前期研究[13]表明,900℃是最适宜的活化温度,本研究主要讨论两种活化剂的结合使用。表1 活性炭的制备条件与性能参数Table1 Preparationconditionandcharacteristicsofactivatedcarbons编号No.总活化时间/h1)totalactivationtime烧失率/%
burn2offrate堆密度/(g・mL-1)bulkdensity孔容积/(mL・g-1)porevolume比表面积/(m2・
g
-1)
specificsurfaceareaM1482.80.440.621700
M1+44+6=1093.20.381.012753
M1+8269.80.500.581588
M1+122+4=679.50.400.852297
M1+162+8=1087.40.351.012751
M2141.00.620.391036
M2+41+4=554.90.530.561499
M2+81+8=964.30.460.711902
M41+12=1370.60.390.852309
M4+61+16=1780.60.351.022795
1)编号M1、M2、M4为一段活化时间,其余为2段活化总时间Nos.M1、M2、M4areactivationtimesatfirststage,othersarethetotaltimesatfirstandsecondstages.© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第2期苏伟,等:椰壳炭制备高比表面积活性炭的研究51 2.1 第一阶段活化
图2 活性炭性能参数随活化时间的变化曲线Fig.2 Propertiesofactivatedcarbonsforvariousactivatingtimes
实验中同时采用了水蒸气和CO2两种活化剂。由于水蒸气的反应速度很快,而CO2与炭材料的反应比较温和,因此在活化的第一阶段,活化剂中水蒸气的含量较高,这样可以保持较高的反应速度,在较短时间内使炭材料具有一定的微孔结构。由图1可以看出,活性炭表面没有被严重烧失的情况下,提高活化剂流量和延长活化时间都会使活性炭的比表面积得到显著提高。为了有效缩短活化时间,可在一定范围内适当提高活化剂流量。在活化时间为2h时,流量增大到0.8mL/min后比表面积急剧下降,这主要是因为活化过程中微孔的开创与破坏同时存在,当被破坏的微孔数量超过开创的微孔时,活性炭的比表面积就会降低。2.2 第二阶段活化尽管第一阶段活化速度比较快,但其比表面积的提高是以损失活性
图3 比表面积随烧失率变化曲线Fig.3 Specificsurfaceareaofactivatedcar2bonsunderdifferentburn2offrates
炭产率为代价的。因此,在第二阶段,调整活化剂的配比,减少水蒸气,增加CO2的含量。M1、M2和M4是3个只经历第一阶段活化的样品。分别对它们进行第二阶段的活化,保持相同活化条件。由图2可知,第一阶段活化程度越低,对应活性炭比表面积和微孔容积就越低,最终要得到比表面积在2800m