不同煤体结构煤基活性炭微观结构与甲烷吸附性能

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1、第４６卷第１期中国矿业大学学报Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．１２０１７年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪａｎ．２０１７不同煤体结构煤基活性炭微观结构与甲烷吸附性能张小兵１，郇璇１，２，张航１，３，张玉贵１，３（１．河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室－省部共建国家重点实验室培育基地，河南焦作４５４００３；２．中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京１０００８３；３．河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作４５４００３）摘要：为探索新型煤基甲烷存储材料前驱体

2、，采用碱活化法制备并酸化改性获得构造煤基／非构造煤基系列活性炭，借助低温氮吸附、红外光谱、Ｂｏｅｈｍ滴定等技术表征了不同煤体结构原煤和煤基活性炭结构参数，并考察了孔隙结构和表面酸性基团对其甲烷吸附行为的影响。结果表明：构造煤基系列活性炭的比表面积和孔体积均大于相应非构造煤基，其甲烷吸附能力也相对较强；酸化改性作用使得活性炭表面主要酸性基团量增加，在改变其比表面积和孔体积的同时却明显抑制了甲烷吸附能力。鉴于酸性基团对煤基活性炭－甲烷吸附的抑制作用强于孔隙结构的促进作用，基于甲烷存储材料开发的构造煤基活性炭制备中

3、应慎重引入酸性基团。关键词：煤基活性炭；煤体结构；构造煤；酸化改性；微观结构；吸附行为中图分类号：ＴＤ８４９文献标志码：Ａ文章编号：１０００－１９６４（２０１７）０１－０１５５－０７DOI:10.13247/j.cnki.jcumt.000628Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ－ｂａｓｅｄａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏａｌｂｏｄｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ１，ＨＵＡＮＸｕａｎ１，２，ＺＨＡＮＧＨａｎｇ１，３，ＺＨＡＮＧＹｕｇｕｉ１，３Ｚ

4、ＨＡＮＧＸｉａｏｂｉｎｇ（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙＣｕｌｔｉｖａｔｉｏｎＢａｓｅｆｏｒＧａｓＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧａｓＣｏｎｔｒｏｌ（ＨＰＵ），Ｊｉａｏｚｕｏ，Ｈｅｎａｎ４５４００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＳｕｒｖｅｙｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；３．ＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｎ

5、ａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ，Ｈｅｎａｎ４５４００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｘｐｌｏｒｅａｎｏｖｅｌｐｒｅｃｕｒｓｏｒｆｏｒｃｏａｌ－ｂａｓｅｄｍｅｔｈａｎｅｓｔｏｒａｇｅｍａｔｅｒｉａｌ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｃｏａｌ－ｂａｓｅｄａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｓ（ＡＣｓ）ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍａｌｋａｌｉｎｉｚｅｄａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｎｄａｃｉｄｍｏｄｉｆｉｃａ－ｔｉｏｎｏｆｔｅｃｔｏｎｉｃｃｏａｌａｎｄｉｔｓｓｙｍｂｉｏｔｉｃｕｎ－ｔｅｃｔｏｎｉｃｃ

6、ｏａｌ．Ｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｓｕｃｈａｓｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒａａｎｄＢｏｅｈｍｔｉ－ｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏａｌｓａｎｄｃｏａｌ－ｂａｓｅｄＡＣｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｉｎ－ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅａｃｉｄｉｃｇｒｏｕｐｓｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ

7、ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｍｅｔｈａｎｅｗｅｒｅｉ－ｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎｄｐｏｒｅｖｏｌｕｍｅｏｆｅａｃｈｔｅｃｔｏｎｉｃｃｏａｌ－ｂａｓｅｄＡＣａｒｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｕｎ－ｔｅｃｔｏｎｉｃｃｏａｌ－ｂａｓｅｄＡＣ，ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈａｎｅ－ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａ－ｐａｃｉｔｙｏｆｔｅｃｔｏｎｉｃｃｏａｌ－ｂａｓｅｄＡＣｓｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｔｒｏｎｇｅｒ．Ａｃｉｄｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓ

8、ｅｓｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｍａｉｎａｃｉｄｉｃｇｒｏｕｐｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｃｏａｌ－ｂａｓｅｄＡＣｓ，ａｎｄｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｉｒｓｐｅ－ｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎｄｐｏｒｅｖｏｌｕｍｅ，ｙｅｔｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｉｓｉｎｈｉｂｉｔｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅ收稿日期：２０１６－０３－１３基金项目：国家科技重大专项（