太西煤基活性炭制备研究

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1、宁夏大学硕士学位论文第一章绪论Dubinnin-Radushkevioh和Dubinnin．Astakhor方程，使得活性炭的微观结构得以更清晰的认识。七十年代初出现了活性炭纤维12引，八十年代高比活性炭开始工业化生产，年销售量约60万吨，其中煤质活性炭占60％以上。九十年代初，世界上已有50多个国家生产活性炭，且年生产能力为60---70万吨之间，美国居于首位，其次是欧洲、东南亚等国【26】。我国活性炭工业起步于20世纪50年代，直到20世纪80年代后才开始大规模发展【27】。1978年我国活性炭产量只有14000ffa，到2003年达到220000ffa左右，超过美国，产能居世

2、界第一位。2008年基本上形成了独立、初具规模的工业体系。我国煤炭资源丰富，优质煤基活性炭产能所占比例较大。近几年以来，已有80％左右的活性炭产品出口，目前我国是世界上最大的活性炭生产国和出口国。1．2活性炭的种类和结构1．2．1活性炭的种类11,281活性炭具有巨大的比表面积和吸附性能，决定了它有广‘泛的用途，随着环保意识的增强，使其需求量也越来越大。活性炭根据不同的分类依据分为不同的种类，主要有以下几类：表1．1活性炭种类分类1．2．2活性炭的结构1、微晶结榭29,30l活性炭属无定形碳，即微品质碳，Riley依据其x射线衍射研究结果，提出了活性炭的两种结构类型。第一种是乱层结

3、构，由入角形排列的碳原子的平行层片组成的类似石墨的基本微品构成的，各层片间的排列比较紊乱、不规则：第二种结构是由类石墨片层扭曲造成的不规则交联的碳入角形空间格子。依据加热过程中微晶间的不同排列方式，可将含碳材料分为石墨化型和非石墨化型两类。石墨化型物料加热时，微晶间的排列比较整齐，由此形成的炭称为易石墨化炭；非石墨化物料加热时，微晶间的排列杂乱，由此形成的炭称为难石墨化炭，煤质活性炭基本上属于非石墨化型的。宁夏人学硕{j学位论文第～章绪论它们的结构模型如图1．1所示．、，a)石墨型结构b)非石墨型结构图1．1活性炭石墨型和非石墨型结构2、孔隙结构活性炭的孔隙结构是指孔容、孔径分布、

4、比表面积及孔的形状。孔隙结构一怍常复杂，国际纯化学与应川化学联合会(IUPAC)将活性炭的孔按孔径的人小分为人孔(>50nm)、过渡孔(2nm～50nm)和微孔(<2nm)二类p¨，如图1．2，孔的形状有墨水瓶形、毛细管形、锥形及v形等【=12】。．．．--：o※：※：◇：：：：：：．--．．．0※：※：※：※：※：；：；：；：；：；：!：：．_●●●●●_●●__．●●●●-●●●●●●-●●●_●●●●●_-●_●●●_●_●●●●●．●●●●图I．2活性炭的孔隙结构模型[61活性炭的吸附能力：E要决定-I：它的孔隙结构132j引，二种孔隙结构都有各白的吸附特性，活性炭中微孔l

5、l。‘总比表面积的90％以上，‘^现出很强的吸附作川。过渡孔的孔容和比表面积都比较小，比表面积一般不超过总比表面积的5％，孔容在O．02～0．1cm3／g之间，但其作用并不单纯，作为被吸附质的通路而支配着吸附速度，吸附不能进入微孔的人分子物质，尤其在液相吸附中对人分子物质的吸附有很好的效果。过渡孔的吸附作川主要有二个p4l，一是在一定的压力卜，可以吸附物质蒸汽：二是吸附质到达微孔的通道。二是在液相吸附中中孔可以对较人的分子直接进行吸附。在活性炭中，人孔比表面积最小，孔容通常在0．2--4)．8cm3／g，所·1I‘的I；l二fill也很少，内表面能发生多层吸附，人孔直接通向活性炭的

6、外表面，也是吸附质分子进入微孔的通道，冈此人孔的数量是直接影响吸附质能否迅速地进入活性炭颗粒内部的关键冈素。所以吸附性能的j[r坏取决于活性炭孔隙结构中微、中孔、以及人孔的数量和它l'rJ．J-tld0的均匀性。．1．宁夏大学硕士学位论文第一章绪论活性炭的吸附作用大部分是在微孔进行的，微孔的孔容和比表面积都很大，其中微孔比表面积占总比表面积的95％以上，而比表面积是衡量活性炭性能的一个主要指标，因此，微孔在很大程度上决定着活性炭的吸附能力。3、化学结构原料、制备工艺及后处理方式决定了活性炭的性质及结构【”1。煤基活性炭的化学组成类似于焦炭，其中，90％左右的有机部分是碳元素，少量的

7、原料无机组分和添加剂的无机残留物，还有少量的氧、氢、氮等元素1361，在活性炭的碳骨架中，他们被称为杂原子，与碳原子以化学键相互连接；另外，在活性炭的微观结构结构中还含有一些不饱和的化学键，这些不饱和键以及和其他杂原子相连的碳原子是活性炭强烈吸附能力的来源。活性炭表面官能团利”】：(a)(b)(C)(e)(a)(d)(f)(g)(h)图1．3活性炭表面含氧官能团(a)羧基；(b)羧酸酐；(c)内酯基；(d)乳醇基：(e)羟基：(f)羰基；(g)醌基：(h)醚基≥?H(