资源描述：
《煤基活性炭制备工艺及表面性质的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、煤基活性炭制备工艺及表面性质的研究进展任楠,夏建超,董安钢,唐颐(复旦大学化学系,上海200433)摘要:煤是制备活性炭或活性炭复合物的重要原料。综述了活化条件和原料组成对煤基活性炭的孔结构和表面性质的影响,并对煤基活性炭的研究发展方向进行了展望。关键词:煤;煤矸石;煤基活性炭;孔结构;表面基团;表征中图分类号:TQ4241文献标识码:A文章编号:10066772(2001)02004605活性炭的研究具有悠久的历史。早在1785年,具有高碳含量和低价格的优势,成为制备活性炭材[1~6]L
2、owitz就注意到木炭有脱色作用。到了1900年,料的重要原料。另一方面,在煤炭开采和浮德国的Ostrejko首次发表了用ZnCl2处理煤制备活选过程中,也常常伴随大量的低品质成分,如劣质性炭的专利,标志着现代活性炭工业的开始。在随煤和煤矸石等。它们的长期堆积将造成对环境、经后的几十年中,出于战争(防毒面具等)和化工生济、安全等方面的严重危害。若能利用这些废弃物产(催化和吸附剂)的需要,对活性炭的研究日益中的宝贵碳资源合成活性炭将有可能进一步降低其[7~10]深入。近年来,随着公众环保呼声的日益高涨,活制备成本,获得
3、在环保和化工生产中大量需性炭以其在废气和废水处理方面的巨大应用潜力,求的高效吸附剂和催化剂。根据近几年国际研究的再次为人们所重视。然而,由于传统活性炭制备工动向,目前煤基活性炭的主要研究领域见表1。本艺的高能耗,高成本和表面性质单一等特点,使其文将结合文献和实验室在该领域的研究工作,就煤应用和开发有一定局限性,必须开发新的廉价的活基活性炭的活化过程、原料选取和性质表征进行总性炭制备工艺和改进活性炭品质的方法。煤炭由于结。表1煤基活性炭的研究内容性质和性能活化条件原料选取应用前景孔结构表面性质无烟煤重金属离子吸附和交
4、换能力原料处理多功能吸附剂或催烟煤孔分布与比表面积渗透压活化剂化剂褐煤气液的吸附能力表面酸碱性活化剂用量及与原料的比例污水或废气处理劣质煤(容量和速率)zeta-电势活化热源、温度、气氛和时间等天然气储存等煤矸石表面活性基团及与客体分子的作用收稿日期:2001-03-22作者简介:任楠(1979-),男,上海人,98级学生,现从事催化和纳米材料研究。46洁净煤技术2001年第7卷第2期容量和吸附速率。煤基活性炭的孔结构主要取决于1煤基活性炭制备工艺及孔结构产生机制其制备过程中的活化剂和工艺条件。表2比较了从活
5、性炭的孔结构和表面基团是决定其性质和性烟煤出发用不同活化剂在各自最佳处理条件下制备能的2个基本要素,孔结构主要影响活性炭的吸附的活性炭的孔结构。表2以烟煤为原料不同处理条件下制得活性炭的孔结构活化类别活化条件表面积/m2g-1总孔容/cm3g-1微孔比例/%CO2气氛下1123K245~638021~067物理活化CO2气氛下1123K(预氧化)766~1670050~075KOH,N2气氛下1123K活化1h~3400~18~65化学活化ZnCl2,N2气氛下800K活化1h~800~043~80
6、H3PO4,N2气氛下800K活化1h~600~04~85原煤通常含有一定量的硅铝氧化物及部分铁、嵌入到原煤中碳的结构中使碳原子层扩张。在温度镁的氧化物,这些物质(尤其是占劣质煤质量升高时,KOH可发生脱水产生金属氧化物K2O。30%~40%的前两者)将阻碍活性炭孔结构的生当温度进一步升高后,K2O可在惰性气氛中与碳发成,从而影响其吸附性能。因而,在制备活性炭的生反应被还原为K,而碳元素以CO或CO2逸出,过程中,必须首先经过高温活化,尽可能除去原煤形成活性炭的孔结构。当活化温度过高或碱用量过[1]中的焦油和灰
7、分,形成发达的孔结构。根据Hsu大时,会造成炭的过分烧蚀引起孔壁塌陷,其孔体等的分类,这一活化过程可分为物理与化学两类方积和表面积反而减小;相反,当活化温度过低或碱法。其中物理方法是将试样直接或经预氧化后在用量过小时,孔结构则可能发展不充分。最佳活化CO2或水蒸气气氛下高温(700~1200K)焙烧以温度范围在900~1200K,碱与原料的重量比为1#除去原煤中的挥发性组分,并烧蚀部分碳来获得相1。而在CO2气氛中焙烧时,嵌入的KxOy则有可应的孔结构,其孔隙率与孔分布取决于内部碳的烧能被CO2氧化成KxOy+1,它
8、可以与碳反应形成失率,因而可控性较差,产品性质也不够理KxOy和CO气体;KxOy与气氛中的CO2反应再生[1~3][2]成K想。预氧化过程有助于改善产品的性质。xOy+1,构成催化循环,最终形成活性炭的孔[12]但由于原煤中的硅、铝、镁、铁等氧化物成分不能结构。除去,产品中灰分可能较多;而化学方法是先经酸除了KOH碱熔活化法,对于某些富含
