活化条件对彬县煤活性焦表面性质的影响.pdf

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1、第卷第期煤炭学报年月文章编号：（）活化条件对彬县煤活性焦表面性质的影响张守玉，王洋，吕俊复，岳光溪（清华大学热能工程系，北京；中国科学院山西煤炭化学研究所，山西太原）摘要：在一流化床上制备彬县煤活性焦，利用射线光电子能谱（）等分析手段考察了活化条件对制得的彬县煤活性焦表面性质的影响结果表明：活性焦表面多环芳香系统的离域!电子是活性焦碱性的主要来源；活化温度提高，在活性焦表面上的离域!电子的电子给体受体作用增强，活性焦表面碱性增强究其原因是活化温度提高，一方面有利于活性焦孔隙结构的发展，从而使得更多的表面多环芳香系统暴露于外部空

2、间；另一方面有利于活性焦表面结构的重排，形成多环芳香系统，同时，由于氧的逸出，使得多环芳香系统上的!电子离域效应增强所致关键词：活性焦；表面性质；活化条件；中图分类号：文献标识码：在活性焦的制备中，活化过程是最重要的步骤，其目的是促进活性焦孔隙结构的发展及提高活性焦表面活性位数量，从而极大地影响着活性焦的性能优劣在活性焦表面存在着不同类型的酸碱活性中心，影响着其表面反应性、润湿性、导电性、酸碱性、吸附选择性及其催化特性，从而决定了其在吸附剂、催化［］剂及催化剂载体等方面的应用性能的好坏因此，了解活化过程中活性焦表面化学性质的演

3、变情况，对活性焦的制备及应用具有重要的指导意义射线光电子能谱（（））是一种新型非破坏性的表面分析手段，又名化学分析用电子光谱（），既能分析物质表面的元素组成，也能得到物质表面官能团及其含量等方面的信息因此，本研究主要利用等分析手段来获得彬县煤活性焦的表面信息，以考察活化条件对活性焦表面性质的影响实验部分原料性质实验中所用的煤样为陕西彬县煤，其煤质分析数据见表将原料煤破碎，取其中筛分作为实验物料表原料煤的工业分析与元素分析工业分析元素分析煤样!"#$（）$（）$（）$（）$（）彬县煤实验装置及步骤本研究是在一实验室间歇流化床装置

4、上制备活性焦反应器由一长为，!的耐收稿日期：基金项目：国家重大基础研究规划资助项目（）煤炭学报年第卷高温不锈钢管构成，分布板为烧结金属丝板网将实验用煤从反应器上方加入流化床反应器中，然后通入一定流量的氮气以将实验系统内的氧排出，同时使床内物料处于初始流化状态流化床反应器开始加热升温，升温速率为，反应器升至设定的炭化温度（）时停留一段时间（）炭化结束后，继续升温至设定的活化温度，此时将氮气切换为经预热器预热过的氮气与水蒸气的混合气，开始活化活化过程结束后，在氮气的保护下降至室温，样品取出待分析制得活性焦的性能检测活性焦碘值测定依

5、据中华人民共和国国家标准（）进行活性焦的表面积是由美国生产的吸附仪测定的，以为吸附质，在液氮温度（）下进行吸附，应用［］方程确定活性焦的表面积活性焦的苯甲酸吸附值测定方法：将样品在室温下的的苯甲酸乙醇溶液中浸泡，期间振荡，然后静置，取出一定量的上层溶液用标准的溶液滴定根据浸泡前后的苯甲酸乙醇溶液中苯甲酸浓度的变化计算出活性焦的苯甲酸吸附量（·，）实验制得的活性焦的产率为活性焦的质量活性焦产率（）实验物料的质量活性焦的射线光电子能谱（）分析是在公司的型射线光电子能谱仪进行的测定过程的操作参数：主真空室真空度为；分辨率为；灵敏度为

6、；角分辨为；射线源为靶；配有灵敏监测器（）!结果与讨论由于在炭化过程中焦油状物质的沉积和分解使得炭化后半焦孔隙被无序碳和焦油类物质充填或堵塞，使得炭化料孔隙结构很不丰富，表面活性位数量很少通过活化可以清除炭化料孔隙内的无序碳及残余的焦油物质，打开微晶之间封闭和被堵塞的孔隙同时，由于炭化料中碳基本微晶表面暴露于活化剂中并与之反应，导致了新孔的生成与原有孔隙的扩大而且，活化过程促进了焦表面活性位的生成，并由于孔隙结构的发展而使之暴露于外界因此，活化条件的不同，得到的活性焦表面性质亦有所不同活化温度的影响活化条件：活化温度分别为，，

7、，；活化时间为；活化介质组成为（）由表可知，随着活化温度的增加，活性焦的碘值、表面积均相应地增加，产率则随之下降，表明随着活化温度的升高，半焦与活化剂之间的气化反应速率加快，相应地活性焦的孔隙结构也越来越发达同时，活性焦的苯甲酸吸附值也随着活化温度的增加而增加，即随着活化温度的增加，活性焦［］碱性增强，表面碱性活性位数量增多表不同活化温度下制得的活性焦性质活化温度碘值·产率!（）"!（）表面积·苯甲酸吸附值·未活化不同活化温度下制得的活性焦分析结果见表随着活化温度的增加，活性焦表面!（）"!（）下降活性焦的谱图可拟合为个峰，按

8、照键能从小到大的顺序排列，这个峰对应的官能团分别为石墨化碳（一）、醚基或酚羟基官能团（一）、羰基官能团（一）、羧基官能团第期张守玉等：活化条件对彬县煤活性焦表面性质的影响＊（）及多聚芳环系统上的!!变迁，拟合结果见表活性焦表面酸性来源主要是羧基、羰基和酚羟基等含氧官能团，表面