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1、文章编号:100028608(1999)0120073204废植物炭制活性炭的研究王同华1,朱英华1,铭2,赵秀琛1徐1.大连理工大学碳资源综合利用开放研究实验室,辽宁大连116012;2.大连市环境科学设计研究院,辽宁大连116023摘要:研究了废植物炭制活性炭的可行性及效果,探讨了以水蒸汽为活化介质时活化工艺条件对活性炭吸附性能的影响,确定了最佳活化工艺条件,并对活性炭的孔结构进行了分析探讨.结果表明,利用废植物炭制活性炭是可行的,得到的活性炭具有较高的吸附性能和丰富的孔隙结构.废植物炭的种类和灰分含量决定其活性炭的吸
2、附性能.活化后活性炭表面积的增加主要源于其微孔表面积的增加.关键词:活性炭;吸附剂;孔结构ƒ废植物炭中图分类号:TQ424.14文献标识码:A废植物炭是指由各种废弃植物如木屑、果壳、农作物秸杆及皮壳等经高温炭化得到的木炭.它具有高热值、无烟、无味等特点,可用作民用燃料和还原剂、渗碳剂、土壤改良剂等方面.活性炭作为一种高效吸附剂,以其丰富的孔隙结构和较高的吸附能力广泛地用于气体分离、溶剂回收、催化剂制备及饮用水净化、环境保护等许多方面1.因此,开展废植物炭制活性炭的研究工作,可为植物炭开辟新的应用领域.1实验1.1样品的制备
3、6种植物炭均是在800℃炭化得到的.其中木屑炭、槐树枝炭、棕榈籽壳炭和玉米核炭为颗粒炭,粒度为0.5～3.5mm;而玉米杆炭和木糖醇炭因强度差被制成柱状炭,直径为2mm.粘结剂为煤焦油,由大连煤气公司提供.1.2活化实验植物炭的活化是在固定床活化炉中进行的,活化介质为水蒸汽.活化工艺条件为:升温速度15℃ƒmin,活化温度750～950℃,活化时间20～80min,加水量m(H2O)ƒm(C)=1.2～4.8.1.3活性炭吸附性能的测定活性炭的碘值(AI)、酚值(Ap)、亚甲基兰吸附值(Am)按国标(GBƒT1249629
4、0)方法测定.收稿日期:1997209210;修订日期:1998201210作者简介:王同华(1957～),男,副教授.大连理工大学学报74第39卷苯吸附值(Ab)按静态法测定,吸附温度为25℃,时间为72h.比表面积(s)由ST203比表孔径测定仪测定.孔结构性能由ASAP22400型孔径分布测定仪测定.2实验结果与讨论2.1植物炭的性质分析植物炭的工业分析及吸附性能如表1所示.表1植物炭的工业分析及吸附性能工业分析ƒ%吸附性能分析样品AIƒ(mgrg-1)Apƒ(mgrg-1)Abƒ(mgrg-1)sƒ(m2rg-1)
5、MadAdVdaf木屑炭玉米核炭槐树枝炭棕榈籽壳炭玉米杆成型炭木糖醇渣炭5.526.237.996.854.098.545.4911.815.305.5016.9622.5012.5812.8111.5610.4429.115.57248.4291.5188.5190.3114.9114.344.674.0168.3228.7177.1154.184.8-3.5-由表1可看出,木屑炭、棕榈籽壳炭和槐树枝炭的灰分较低,其他的灰分较高.玉米杆成型炭较高的挥发分是由粘结剂煤焦油带入的.植物炭的碘值、酚值、苯吸附值及表面积均较低,
6、表明植物炭的吸附性能较差.活化工艺条件的确定这里仅以木屑炭为例来探讨活化工艺条件对活性炭吸附性能的影响,并确定活化工艺条2.2件.图1活化时间对木屑炭制活性炭产品收率及吸附性能的影响图2活化温度对木屑炭制活性炭产品收率及吸附性能的影响图3水蒸汽用量对木屑炭制活性炭产品收率及吸附性能的影响图1～3分别给出不同活化时间、活化温度和水蒸汽用量对由植物炭制活性炭的吸附性能及收率的影响.结果表明,植物炭活化反应的时间、温度及水蒸汽用量对产品活性炭的吸附性能及收率有很大的影响.随着活化时间的延长、活化温度的提高及水蒸汽用量的增加,活性
7、炭的表面积、碘值和苯吸附值均明显地增加,产品收率明显地减少,而酚值则基本上没有改变.但进一步延长和提高活化时间和温度则使活性炭的碘值和表面积出现极大值.一般来说,活性炭的孔隙结构较为复杂,孔径分布很宽.按孔径大小可分为微孔(孔径小王同华等:废植物炭制活性炭的研究第1期75于1.5nm)、中孔(孔径为1.5～100.0nm)及大孔(孔径大于100.0nm).人们在活性炭的气、液相吸附研究中发现,苯分子可进入到孔径大于0.4nm的孔中(苯的分子直径为0.7nm×0.37nm)2.碘值主要反映孔径为1nm以上的孔表面积,而酚值及
8、亚甲基兰吸附值则反映孔径为1.5nm以上的孔表面积1.由此可以认为,延长时间、提高温度和增加水蒸汽用量均明显地增加活性炭的微孔,而中孔则增加的较少,这说明活化主要是通过增加活性炭的微孔表面积来提高活性炭的吸附性能.然而,由于碳与水蒸汽反应为吸热反应1,温度的升高和水蒸汽用量的增加可加快反应速度,有利于形
