炭化温度对蜂窝活性炭孔结构和强度的影响

炭化温度 活性炭 蜂窝

2009年第30卷第3期中北大学学报(自然科学版).30　No.3　2009Vol(总第125期)(SumNo.125)JOURNALOFNORTHUNIVERSITYOFCHINA(NATURALSCIENCEEDITION)

文章编号:167323193(2009)0320245206

炭化温度对蜂窝活性炭孔结构和强度的影响

柳来栓1,2,刘振宇3,黄张根2,张晓航2

(1.中北大学化工与环境学院,山西太原030051;

2.中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,山西太原030001;

3.北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京100029)

Ξ

摘　要:　以大同弱粘结性烟煤为主要原料,、炭化、水蒸气活化得到煤基蜂窝活性炭.通过SEM,XRD,低温2.比表面积,、总孔容和中孔经850水蒸气活化6h,制得的蜂窝活性炭的比表面积为669

2

m g,13.Pa.

关键词:　活性炭;煤;蜂窝整形体;孔结构;机械强度中图分类号:　TQ424.1　　　文献标识码:A

EffectofCarbonizationTemperatureonthePorosityandMechanicalPropertyofActivatedCarbonHoneycombMonoliths

LIULai2shuan

1,2

322

,LIUZhen2yu,HUANGZhang2gen,ZHANGXiao2hang

(1.SchoolofChemicalEngineerandEnvironment,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China;

2.StateKeyLaboratoryofCoalConversion,InstituteofCoalChemistry,

ChineseAcademyofSciences,Taiyuan030001,China;

3.StateKeyLaboratoryofChemicalResourceEngineering,BeijingUniversityof

ChemicalTechnology,Beijing100029,China)

Abstract:Aseriesofactivatedcarbonhoneycomb(ACH)hasbeenpreparedbybulkextrusionofamixtureofbituminouscoalandotherorganicadditives,carbonizationatdifferenttemperaturesinnitrogenatmosphereandactivationat850℃withsteamforthesametimes.ThemechanicalpropertyofACHwasevaluatedbymeansofitscoldcrushingstrength,andtheirtexturepropertiesweredeterminedbynitrogenadsorption,scanningelectronmicroscopyandX2raydiffraction.TheresultsshowthatcarbonizationtemperaturehasagreatimpactonporesizedistributionandmechanicalstrengthofACH.Anincreaseincarbonizationtemperatureimprovessignificantlythecoldcrushingstrengthandsuppressesthedevelopmentofmesoporevolume.TheACHsobtainedatthecarbonizationtemperature

2

of800℃havethelowestBETsurfacearea(669m g)andthehighestmechanicalstrength(13.2MPa)amongthefoursamples.

Keywords:activatedcarbon;coal;honeycombmonolith;poretexture;mechanicalproperties

Ξ收稿日期:2008212208

　基金项目:国家自然科学基金资助项目(20736001,20877078);国家863计划资助项目(2007AA05Z310)　作者简介:柳来栓(19682),男,副教授,博士.主要从事煤基活性炭研究.

炭化温度 活性炭 蜂窝

246中北大学学报(自然科学版)2009年第3期

蜂窝活性炭是一类内部构型有许多平行贯通孔道的新型复合功能活性炭,它们不仅包含活性炭比表面积高、空隙结构可控、耐酸碱等优点,而且有独特的蜂窝结构,具有开孔率高、压降低、抗粉尘堵塞能力强的优点,在气体分离和净化、溶剂回收、催化剂载体等方面有广泛的应用前景[123].

蜂窝活性炭的制备方法有涂炭法和整体挤出法[223].涂炭法一般采用蜂窝陶瓷作载体,使用的含碳原料有酚醛树脂、糠醇聚合物、沥青等[426].涂炭法得到的蜂窝活性炭保留了陶瓷蜂窝抗压强度高的特点,但是受陶瓷蜂窝空隙率的限制,炭的负载量低于20wt%,吸附容量低,仅适用作催化剂载体[425].蜂窝活性炭可通过挤出酚醛树脂与成型助剂的混合物,然后经过固化、炭化、活化得到[627].采用酚醛树脂得到的蜂窝活性炭微孔极发达,缺乏中孔[6],添加金属催化剂后,在高活化程度下,能够形成大量中孔和大孔[7],而机械强度数值未见文献报道.蜂窝活性炭也可以由挤出活性炭、黏土和成型助剂的混合物,然后在惰性气氛中高温煅烧得到[8210],这类蜂窝活性炭的比表面积与原料物理混合后的比表面积十分接近,机械强度随热处理温度的升高而增加.与涂炭法相比,整体挤出法制成的蜂窝活性炭的炭含量和比表面积高,适用范围更广.

炭化是生产活性炭过程中的主要环节之一,[,了初始的孔结构,[][13]等人认为,D[],,,其他研究者在椰壳、桃核[15217],Radovic[15]认为,高温炭化容易导致生成有序性高的炭化物,降低了炭化物活化的反应速度,从而引起活性炭中微孔体积的增加.由此可见,炭化条件对活性炭产物孔结构的形成也起着相当重要的作用.此外,弱粘结性烟煤在炭化过程中,颗粒相互熔融,并发生缩聚反应,这些物理和化学变化也会影响最终活性炭的机械强度,然而,尚未有这方面的研究报道.

目前制约蜂窝活性炭商业化应用的主要因素是生产成本高,为了降低蜂窝活性炭的生产成本,我们开发了以来源广泛、价格低廉的原煤为主要原料,通过整体挤出法制备蜂窝活性炭的新工艺[18219].

本文在已有研究的基础上,在相同原料配比、挤出工艺条件和活化条件下,制备了不同炭化终温的蜂窝半焦和蜂窝活性炭样品,通过XRD,SEM,N2吸附等测试手段对蜂窝半焦和蜂窝活性炭进行了分析表征,分析了炭化温度对蜂窝活性炭性能的影响规律.

1　实验部分

1.1　样品制备

煤基蜂窝活性炭的制备方法参照文献[18]进行.试验煤样为大同烟煤(DT),其煤质分析如表1所示.首先,将大同煤用球磨机研磨,筛分得到粒径小于0.14mm的煤粉,煤粉与煤焦油、甲基纤维素、

2豆油和水按一定比例在捏合机中混合成塑性泥料,然后,采用壁厚为1mm,通孔密度为50孔 inch的

钢模具在挤出机上将泥料制成蜂窝坯体,湿的蜂窝坯体在120℃下干燥24h.干燥过的煤基蜂窝550mm×50mm置于长120mm、宽60mm的平 …… 此处隐藏：7994字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……