热解活化法制备椰壳活性炭的方法和机理研究

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活性炭因其具有发达的孔隙结构、大比表面积和强吸附能力,被广泛应用于国民经济各个行业。随着社会发展的与日俱增,活性炭的应用领域不断扩大,具有高吸附、多功能、强度大等综合优势的活性炭应运而生。活性炭的通常制备方法存在化学试剂用量大,三废污染高,能耗高,得率低,生产成本高,工艺复杂等问题,开发生产工艺简便,清洁节能的快速制备方法显得尤为重要。以椰子壳为原料,创新采用热解活化法,在不添加任何化学试剂或活化气体的条件下,制备出吸附性能优良的活性炭。本文全面考察了活化温度、活化时间、升温速率、原料反应量以及原料颗粒度对活性炭的得率、吸附性能、比表面积、孔结构特征的影响;并探讨了热解活化制备活性炭的机理。为活性炭新的制备工艺提供基础数据和理论依据。研究了以椰壳为原料,采用不添加任何活化剂的热解活化法,在活化温度为900℃,保温时间4h,升温速率为10℃/min的情况下,制得比表面积为994m2/g的微孔发达的椰壳活性炭,其碘吸附值达到1295mg/g,亚甲基蓝吸附值为135mg/g,该活性炭的得率为18.24%。N2吸附结果表明活性炭的孔径集中分布于2nm附近,总孔容积为0.5039cm3/g,其中微孔容积为0.4303cm3/g,微孔率达85.39%。对该活性炭进行CO2动态吸附实验结果表明,CO2饱和吸附容量为56.61mL/g,优于市售椰壳活性炭。研究了影响产品性能的热解活化因素:活化温度、活化时间、升温速率、原料反应量以及原料颗粒度。实验表明:随着活化温度升高,活化时间延长,活性炭的得率下降,亚甲基蓝和碘吸附值增加,但是,活化温度过高,活化时间过长,导致孔壁坍塌、孔隙合并,使得吸附性能下降;在实验条件下,升温速率提高,活性炭的吸附性能增加;增加原料反应量和增加原料颗粒度,活性炭的吸附性能均有不同程度的下降。在不添加任何活化气体或化学试剂的情况下,热解活化制备吸附性能好的椰壳活性炭的机理可能是由于,热解活化过程中,原料分解释放出H2O、CO2、CO等,气体释放过程会形成一部分孔隙;这些气体作为活化剂对椰壳原料进行活化作用,反应器内部含有部分空气起到活化助剂的作用;高温下未炭化物芳构化,发生重排,形成石墨微晶,对孔结构有调整作用。
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