煤炭热解分级分质利用多联产技术是目前国家重点鼓励的煤炭利用方向,煤热解多联产过程会产生大量煤气和焦油,其中沥青质约占煤焦油的一半,为了提高煤炭多联产副产物煤焦油沥青的附加值,本文以煤焦油沥青为原料制备高性能成型活性炭,进行甲苯蒸汽和CO2的吸附性能研究。主要工作和研究成果如下:(1)研究煤焦油沥青在不同减压蒸馏终温和不同预炭化温度下制备碳质前驱体,分析其炭化程度对制备活性炭孔隙结构的影响。发现碳质前驱体合适的炭化程度,即沥青中适量的挥发分、H原子、表面官能团,以及合适的结构排列,有益于KOH活化。综合来看,终馏温度为440 ℃左右的沥青,适合采用KOH直接活化制备高性能活性炭,比表面积最高达2599 m~2/g,收率也相对较高,为63.5%。(2)进行了高性能成型活性炭的制备及其吸脱附VOCs的实验研究:以甲苯为模型污染物,采用正交实验优化活性炭的制备条件,发现适宜的工艺参数为:碱碳比为3,活化温度为850℃,活化时间为90min,其甲苯静态饱和吸附量高达1109 mg/g。甲苯动态吸附实验中,甲苯平衡吸附量随甲苯浓度增加而增加,但增加至一定程度时,平衡吸附量不变,为800mg/g左右。25 °C时甲苯吸附等温线与Langmuir模型吻合较好。粉末活性炭添加10%羧甲基纤维素钠(CMC)粘结得到的成型活性炭比表面积和孔容稍有下降,动态吸附甲苯速率较慢,甲苯静态饱和吸附量也稍有下降,约为979mg/g。吸附甲苯的成型活性炭随着脱附温度的升高,脱附率上升,250 ℃下恒温20 min脱附率可达95%。(3)研究了多联产沥青制备高性能成型活性炭及其吸附CO2和再生性能:单因素实验发现碱碳比1.5,活化温度750 ℃,活化时间60 min最适合制备高<CO2吸附性能活性炭,35℃时吸附量为3.19 mmolg,添加10%OCMC制得的成型活性炭的吸附量为2.80 mmol/g,耐压强度为4.92 MPa。煤焦油沥青先成型后C02活化制备的成型活性炭外观结构相对紧密,强度非常大,达到21.13 MPa,但孔径分布相对较广,C02吸附量仅1.33 mmol/g,收率仅38.7%。两种成型活性炭都表现出较好的CO2升温脱附再生性能。前者与商业颗粒活性炭、介孔硅胶MCM-41和沸石13X三种常规吸附剂比较,综合性能更优。因此,本文采用多联产煤焦油沥青KOH活化CMC粘结成型的成型活性炭具备较好的CO2吸附应用价值。(4)研究发现制备的高性能成型活性炭,其孔隙结构与其对不同吸附质吸附性能的关系存在明显的差异。吸附甲苯的性能随活性炭比表面积和总孔容的增加而增加,与0.67-7.77nm之间的理论有效孔容线性相关性非常好;吸附CO2的性能与活性炭比表面积和总孔容没有明显的关系,主要与小于1nm的孔容有关,因此对于不同吸附质,最佳制备工况也存在很大差异。