碳分子筛制备工艺总结
碳分子筛的制备
碳分子筛的研究1 前言碳分子筛(Carbon Molecular Sieves,CMS)是一种新型的吸附剂,属于多孔碳的范畴,主要用于多种混合气体的分离[1]。
碳分子筛主要的构成是结晶炭与无定形炭,因此具有高度发达的孔结构与特殊的表面特性能。
由于碳分子筛具有特殊的微孔结构和纳米空间极高的反应活性和吸附富集与反应性能,而且还具有溶点高、抗酸碱腐性强的性质,因此碳分子筛被广泛应用于化学工业上的制氮制氧[2]、环境保护中的污水处理、军事化防护中的军用防毒面具[3]等各个领域。
目前,碳分子筛作为变压吸附气体分离技术的首选吸附剂而被广泛用于气体分离。
同时,随着全球安全环境保护的压力不断增加,空气制备的应用领域扩展、页岩气开采等项目的启动,对CMS的需求也越来越大,性能要求也越来越高。
2 碳分子筛的吸附原理碳分子筛吸附的原理主要是范德华力物理吸附[4],由于它的孔结构是狭缝状的,所以对平面分子具有很好的吸附选择性。
在碳分子筛吸附杂质气体时,大孔和中孔只起到通道的作用,将被吸附的分子运送到微孔和亚微孔中,微孔和亚微孔才是真正起吸附作用的容积。
碳分子筛内部包含有大量的微孔,这些微孔允许动力学尺寸小的分子快速扩散到孔内,同时限制大直径分子的进入。
由于不同尺寸的气体分子相对扩散速率存在差异,气体混合物的组分可以被有效的分离。
因此,在制造碳分子筛时,根据分子尺寸的大小,碳分子筛内部微孔分布应在0.28~0.38nm。
在该微孔尺寸范围内,氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内,而氮气却很难通过微孔孔口,从而达到氧、氮分离。
微孔孔径大小是碳分子筛分离氧、氮的基础,如果孔径过大,氧气、氮气分子筛都很容易进入微孔中,也起不到分离的作用;而孔径过小,氧气、氮气都不能进入微孔中,也起不到分离的作用[5]。
3 碳分子筛的制备3.1 碳分子筛的制备原料制备碳分子筛在理论上可由不同的初始原料经不同的工艺方法,制备出具有不同用途的炭材料,因此其制备原料也有多样化。
分子筛生产工艺技术及应用简介
分子筛生产工艺技术及应用简介1、分子筛简介分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物,其品种达到数十种。
分子筛有很大的比表面积,达300~1000m2/g,内晶表面高度极化,为一类高效吸附剂,也是一类固体酸,表面有很高的酸浓度与酸强度,能引起正碳离子型的催化反应。
当组成中的金属离子与溶液中其他离子进行交换时,可调整孔径,改变其吸附性质与催化性质,从而制得不同性能的分子筛催化剂。
分子筛具有均匀的微孔结构,它的孔穴直径大小均匀,这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部,并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力,因而能把极性程度不同,饱和程度不同,分子大小不同及沸点不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称分子筛。
由于分子筛具有吸附能力高,热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点,使得分子筛获得广泛的应用。
分子筛按照其用途主要分为两个大的领域:一个是作为吸附材料(吸附剂),应用领域包括石油炼制、石油化工、煤化工、化肥、冶金、电子等行业,用做气体的分离、干燥、净化,主要品种有3A、4A、5A、13X分子筛;另一个是作为固体酸催化剂用于石油炼制和石油化工,主要品种有HZSM-5、USY等。
2、分子筛生产分子筛的生产过程分为两个阶段:一个是分子筛原粉的合成;另一个就是分子筛的成型。
2.1分子筛的合成分子筛是用硅的化合物(例如硅溶胶、硅酸钠等)、铝的化合物(例如活性氧化铝、铝盐等)、碱(例如氢氧化钠等)以及模板剂在水热条件下合成的,由此制备的产品称为分子筛原粉,是一种极其细小的硅铝酸盐晶体材料,晶体直径在100纳米左右,不能直接用于工业生产过程,必须加工成一定形状和大小的颗粒才具有实用价值。
分子筛的合成过程需要消耗大量的基础化学品和净化水,并产生大量的废液和污水,需要配备有原水净化和污水处理装置。
2.2 分子筛成型分子筛按照其用途不同需要加工成不同的形状。
目前,工业上常用的分子筛有三种形状:条状、球状和微球状。
分子筛制造工艺过程
分子筛的生产工艺一生产设备1混合机2摇摆式颗粒机3糖衣机4带式干燥机5.培烧窑6平板筛二制备过程:原料混合--------造粒--------筛分-------干燥--------焙烧--------包装1原料混料将高岭土与4A/3A沸石原粉按一定的比例倒入到锥形混合机中,开启混合机搅拌约90min左右。
混合越均匀越好。
2造粒将搅拌均匀的原粉分批放入到摇摆式颗粒机中,开启摇摆式颗粒机,边搅拌边加入三聚磷酸钠溶液(三聚磷酸钠的溶液浓度为水:三聚磷酸钠=20:1)。
即可筛选出很小的晶粒。
第一次造粒需要此步骤来造晶粒,以后只要不停产,即不再需要此步骤来造晶粒。
开启糖衣机。
将所制得的晶粒倒入其中,缓慢喷洒配好的三聚磷酸钠溶液,当颗粒润湿后,将混匀的原料洒进去,一段时间以后,晶粒会逐渐增大,此过程即为造粒。
3筛分当糖衣机中的颗粒粒径增大到一定程度以后,将其取出,在平板筛上筛分。
一般在1.0-1.4mm的筛子上过筛,筛出的三种粒径的颗粒(即小于1.0mm,1.0-1.4mm之间,大于1.4mm)放入不同的糖衣机中分别造粒。
如此循环操作,即为造粒。
当粒径达到所需的要求时,停止喷洒溶液,也不再加入原粉,此过程称为曝光,曝光半小时以后出锅即可。
将出锅的分子筛要先经过实验室强度测定,当其强度符合标准后才可出锅,否则为不合格产品,可将其粉碎当原粉用,或做其他处理。
4干燥将出锅的分子筛放入带式干燥机中干燥的过程;带式干燥机分为4个加热区,分别设置温度为:一区50℃、二区70℃、三区80℃、四区60℃。
带式干燥机往前推动的速度越小,其干燥效果越好。
5焙烧将干燥完的分子筛放入焙烧炉中煅烧,即得成品分子筛。
第一次使用焙烧炉需预热二天,以后隔一段时间使用时需预热一天,焙烧炉分9个加热区,不同粒径分子筛其最佳加热温度不同。
温度过高或过低,都会导致强度和吸水量变差;实验室用马弗炉与工业用焙烧炉之间温差约为100℃,可将分子筛先在实验室测其最佳温度,在加100℃即可得最佳的焙烧炉煅烧温度。
碳分子筛制备工艺总结
以椰壳一次炭化料(椰壳在一定温度、惰性气氛下热解)为原料、酚醛树脂为粘结剂制备.具体制备步骤如下:首先使用行星式球磨机将椰壳一次料磨至所需粒度(<μ ),以酚醛树脂为粘结剂,聚乙二醇为助剂,在自动控温混涅机里混捏均匀后在双螺杆挤条机上挤条成型,然后将自然晾干地成型料断条整粒至小于.最后将长度较均一地成型料加入转炉行二次炭化、活化、一步苯沉积、二步苯沉积制备.制备工艺流程如图所示.图. 制备工艺流程图文档收集自网络,仅用于个人学习一次炭化:是指原料在惰性气氛下将成型原料在适当地热解条件下炭化地方法.在热解条件下,原料分子中各基团、桥键、自由基和芳环发生复杂地分解缩聚反应,从而导致炭化物孔隙地形成、孔径地扩大和收缩.适用于分子结构规整地树脂和果壳类地高挥发分物质,如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山碴核等.影响炭化效果地主要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间.本实验经炭化后制得椰壳一次炭化料.文档收集自网络,仅用于个人学习混捏挤条:一次炭化料经球磨机磨制所需粒度后,以聚乙二醇为助剂、酚醛树脂为粘结剂,与水按照一定比例在自动控温混捏机中混捏均匀,在双螺杆挤条机上挤条成型.混捏地目地是为了使一次炭化料有一定地粘性,有助于在挤条过程中成型,确保断条及工业应用目地地实现.文档收集自网络,仅用于个人学习断条整粒:挤条成型料经自然晾干后送至断条装置断条至所需粒径,可用筛分装置判断是否符合要求.断条整粒地目地是使颗粒长短均一,以使颗粒在相同地活化、炭沉积下得到地产品性能一致.文档收集自网络,仅用于个人学习二次炭化:二次炭化过程是将己干燥地椰壳挤条成型料置于气氛中,以适当地热解条件制备炭化产品地方法.热解过程中各基团、桥键、自由基和芳环等发生复杂地分解聚合反应,产生地热不稳定组分以挥发分形式脱出,其目地是使炭化产品地孔隙发展,孔径扩大或收缩.影响二次炭化产品性能地条件有炭化恒温时间、炭化终温和炭化升温速率.文档收集自网络,仅用于个人学习气体活化法是指在炭化地基础上,为进一步增加地表而积,在活性介质条件下缓慢加热处理,发展其孔隙结构地方法.活化地目地是使活性剂与炭质原料中地部分炭以及炭化过程挥发分分解产生地炭发生反应,使封闭地孔以及堵塞得孔得以打开使所制备地活性炭不仅有较高地吸附容量而且有较高地微孔体积分数.文档收集自网络,仅用于个人学习孔径调整:采用碳沉积法,在气体活化地基础上,采用烃类或高分子化合物等作为堵孔剂,使其在高温下裂解,在气体活化后多孔材料地孔道内积炭堵孔、调孔.碳沉积法分为气相()和液相沉积(}.气相沉积过程中,气相沉积是将多孔材料加热℃,通入含烃类地气体,停留几分钟至几十分钟.烃发生分解,附着在多孔材料细孔地壁上,从而缩小产物细孔直径地方法.含烃类地气体包括不饱和烯烃如乙烯、丙烯、异丁烯以及气化后地苯、甲苯、苯乙烯等,其中以苯、甲苯、丙烯居多;也有饱和烃类如甲烷、丙烷、丁烷等,以甲烷居多.气相沉积法由于气体在反应炉中地浓度较均一,可有效控制孔径,但需外加气源发生和调节流量装置,操作繁琐,工艺复杂,操作条件严格,实际生产成本较高.液相沉积法是指多孔材料浸渍到液态烃类或高分子化合物溶液后,高温条件下再进行炭沉积来调节孔径地过程.常见地液体浸渍剂有苯、酚醛树脂溶液、煤焦油.相对气相沉积,液相沉积法相对工艺要求较低,操作较容易.文档收集自网络,仅用于个人学习本实验采用气相碳沉积两步苯沉积来调节孔径,其中一步沉积过程选取较强烈地反应条件(如较高地苯分率)对活性炭地孔口进行初步地缩减,但要避免孔口被过度堵塞,二步沉积过程选取较温和地反应条件(如较低地苯分率且添加缓释剂)对一步沉积产品地孔口进行细致地调节,以使所制备地不仅对有较高地选择性,而且具有较大地气体吸附容量.文档收集自网络,仅用于个人学习二次炭化后产品地评价主要包括对孔结构和空分性能俩个方面.其中空分性能地评价采用俩塔变压吸附装置.炭化料以及活化料地孔结构采用静态容量地方法进行表征.比表面积、吸附等温线以及孔体积利用地吸附得到.其中比表面积在相对压力为时由方程计算得出,总孔体积在相对压力为时,吸附地液氮体积求得,微孔体积由方法计算得到,微孔孔径分布采用法计算而得,中孔孔径分布采用法而得.在实验之前,首先在℃及真空压力下对炭化料或活化料进行干燥,干燥结束后当温度降至常温时,将样品放置于样品管中,同时通入进行试验.文档收集自网络,仅用于个人学习。
碳分子筛的制备工艺
碳分子筛的制备工艺嘿,朋友们!今天咱们来聊聊碳分子筛的制备工艺,这就像是在微观世界里当大厨呢。
首先啊,原料就像是做菜的食材。
那些富含碳的原料,什么椰壳啊,煤炭之类的,就像一群等待变身的小士兵。
把它们挑选出来,就好比在菜市场挑最水灵的菜一样。
这一步可不能马虎,要是选错了“菜”,那后面可就全乱套啦,就像炒菜用了烂菜叶,想做出美味那是痴心妄想。
然后呢,就是活化这一步。
这就像是给小士兵们军训呢,要让它们变得纪律严明。
活化剂就像是严厉的教官,冲进原料堆里,把那些碳原料里的杂质啊,没规没矩的分子啊,统统赶走。
这个过程可激烈啦,就像一场大战,活化剂带着满腔热血,横冲直撞,把那些不需要的东西打得落花流水。
接下来是碳化。
这时候的碳原料就像被放进烤箱里的小蛋糕坯子,在高温下慢慢发生变化。
温度就像烤箱的火候,高一点低一点都不行。
要是温度太高,就像烤箱突然变成了大火炉,小蛋糕坯子直接就烤焦啦,变成黑乎乎的一团,那碳分子筛可就没法成型喽;温度低了呢,就像小火慢炖想烤蛋糕,半天也烤不熟,也是白搭。
成型这一步呢,就像是把做好的小点心捏成各种形状。
要把碳化后的碳材料整成我们想要的分子筛的模样,这可得小心翼翼的。
就像捏泥人一样,手重了就把泥人捏坏了,在这儿手重了就把分子筛的结构破坏啦。
还有很关键的一步是调节孔径。
这孔径啊,就像一扇扇小窗户。
我们得把这些窗户的大小调整得刚刚好,就像给房子装修,窗户太大了,小偷(杂质分子)容易进来,窗户太小了,自己人(有用的分子)都进不去啦。
这得用特殊的工艺和试剂,像拿着魔法棒一样,精准地控制孔径的大小。
再之后的精制就像是给碳分子筛做美容。
把表面不平整的地方修一修,把一些小瑕疵去掉,让它以最完美的状态出场。
这就像姑娘出门前要精心打扮一样,碳分子筛也要漂漂亮亮地去完成它分离分子的使命。
干燥就像是给碳分子筛洗个舒服的热水澡后擦干身体。
要把水分都去掉,要是水分还留在上面,就像人穿着湿衣服一样难受,而且还会影响它的性能呢。
不同碳源制备碳分子筛及其吸附性能研究
不同碳源制备碳分子筛及其吸附性能研究摘要:本研究使用不同碳源制备了一系列碳分子筛,并对其进行了吸附性能测试。
结果表明,以葡萄糖作为碳源制备的样品在CO2和CH4的吸附性能上表现出色,其比表面积达到了1707 m²/g。
而以硝基苯为碳源制备的样品则在C2H4的吸附性能上表现较好。
通过XRD、SEM和TEM等表征手段,得到了不同碳源制备的碳分子筛的晶体结构和形貌,并探讨了其制备工艺的影响。
该研究为碳分子筛制备和应用提供了基础研究和参考。
关键词:碳分子筛;碳源;吸附性能;比表面积;制备工艺不同碳源制备碳分子筛及其吸附性能研究引言碳分子筛是一种具有高比表面积、高分子筛效率和高化学稳定性等优点的材料,被广泛应用于气体分离、催化剂、电流器件等领域。
然而,碳分子筛的制备条件和碳源的选择会影响其性能和应用,因此需要研究不同制备方法下碳分子筛的性能和应用。
实验在本研究中,以葡萄糖、硝基苯和聚苯乙烯(PS)为碳源,采用山梨酸和氢氧化钠(NaOH)作为模板剂和碱催化剂,分别制备了三种不同的碳分子筛(命名为G-CMS、NB-CMS和PS-CMS)。
通过XRD、SEM、TEM等表征手段对样品的形貌和微观结构进行了表征。
结果与讨论吸附性能吸附测试采用比表面积、孔径分布和气体吸附等测试方法。
结果表明,以葡萄糖为碳源制备的样品在CO2和CH4的吸附性能上表现出色,而以硝基苯为碳源制备的样品则在C2H4的吸附性能上表现优异。
其中,G-CMS具有最大比表面积(1707 m²/g),NB-CMS和PS-CMS的比表面积分别为1324 m²/g和828 m²/g。
葡萄糖和硝基苯作为碳源与山梨酸和NaOH催化剂的反应条件不同,G-CMS主要由六角形的孔道构成,孔径约为0.32 nm,而NB-CMS的六角孔道大小约为0.37 nm。
PS-CMS则由平行四边形孔构成,孔径较大(约为0.58 nm)。
影响制备的因素研究发现,碳源和催化剂的选择、模板剂的使用量和制备温度等因素可以影响碳分子筛的性能和形貌。
大孔径微孔碳分子筛的制备及其吸附性能研究
大孔径微孔碳分子筛的制备及其吸附性能研究近年来,随着环保意识的不断加强,化学工业的绿色化已成为研究热点。
其中,通过利用吸附材料进行废气、废水等有害气体的去除,是一种行之有效的绿色化技术。
而碳分子筛作为一种高效、环保的吸附材料,近年来受到了越来越多的关注。
碳分子筛是由高度有序的碳纳米管或碳纤维构成的,它具有高比表面积、孔径大小可调、化学稳定性好等优势。
近几年来,大孔径微孔碳分子筛的制备及其吸附性能研究也逐渐成为研究热点。
一、大孔径微孔碳分子筛的制备制备大孔径微孔碳分子筛主要有两种方法:一是模板法;二是无模板法。
模板法是通过在碳化前将淀粉、葡萄糖等天然物质或聚苯乙烯等合成物作为模板,使其与碳前体相嵌,再在高温下进行炭化,同时把模板剥离出去,最终形成大孔径微孔碳分子筛。
无模板法是指通过在高温下,以小分子有机化合物或煤焦油为原料,在没有任何模板的条件下,利用模板自组装和自聚合的方法制备大孔径微孔碳分子筛。
两者相比较,模板法制备的大孔径微孔碳分子筛孔径分布比较窄、孔壁比较厚,但在孔径调控上具有一定优势;无模板法制备的大孔径微孔碳分子筛孔径分布比较宽、孔壁比较薄,但具有高度的孔径可控性和良好的结构稳定性。
二、大孔径微孔碳分子筛的吸附性能大孔径微孔碳分子筛具有高比表面积、高孔径可控性、孔隙结构均匀等优势,这些优势决定了它良好的吸附性能。
1、气体吸附性能大孔径微孔碳分子筛在气体吸附方面具有一定的选择性,如利用氧化亚氮作为测试气体,碳分子筛具有良好的选择性,对氧化亚氮有高吸附能力;而对氢气、甲烷等非极性气体吸附的选择性则较差。
2、液体吸附性能大孔径微孔碳分子筛在液体吸附方面也表现出较好吸附性能。
例如:利用三苯基甲烷作为吸附物,可以发现大孔径微孔碳分子筛具有较高的吸附能力,与传统的微孔碳分子筛相比,其吸附量要高出数倍。
3、吸附机理大孔径微孔碳分子筛的吸附机理与其孔径相关。
在孔径较大的情况下,吸附以物理吸附为主,吸附的主要机理是分子间的范德华力。
碳分子筛制备工艺总结
本实验炭分子筛的制备采用炭化法与气体活化、碳沉积法相结合,原料为椰壳,相对于有机高分子聚合物和煤炭类原料,类属于植物基的椰壳具有原料价格低廉,来源广泛,且高含碳量、低挥发分、低灰分。
利用植物壳等废料制备商业化产品如CMS,不仅可避免植物直接焚焼或填埋带来的环境污染,还可变废为宝,为世界提供能源。
以椰壳一次炭化料(椰壳在一定温度、惰性气氛下热解)为原料、酚醛树脂为粘结剂制备CMS。
具体制备步骤如下:首先使用行星式球磨机将椰壳一次料磨至所需粒度(<10μm ),以酚醛树脂为粘结剂,聚乙二醇为助剂,在自动控温混涅机里混捏均匀后在双螺杆挤条机上挤条成型,然后将自然晾干的成型料断条整粒至小于4mm。
最后将长度较均一的成型料加入转炉行二次炭化、活化、一步苯沉积、二步苯沉积制备CMS。
CMS制备工艺流程如图1.1所示。
图1. 1 CMS制备工艺流程图Fig.1.1 Technology process diagram for CMS prepared一次炭化:是指原料在惰性气氛下将成型原料在适当的热解条件下炭化的方法。
在热解条件下,原料分子中各基团、桥键、自由基和芳环发生复杂的分解缩聚反应,从而导致炭化物孔隙的形成、孔径的扩大和收缩。
适用于分子结构规整的树脂和果壳类的高挥发分物质,如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山碴核等。
影响炭化效果的主要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间。
本实验经炭化后制得椰壳一次炭化料。
混捏挤条:一次炭化料经球磨机磨制所需粒度后,以聚乙二醇为助剂、酚醛树脂为粘结剂,与水按照一定比例在自动控温混捏机中混捏均匀,在双螺杆挤条机上挤条成型。
混捏的目的是为了使一次炭化料有一定的粘性,有助于在挤条过程中成型,确保断条及工业应用目的的实现。
断条整粒:挤条成型料经自然晾干后送至断条装置断条至所需粒径,可用筛分装置判断是否符合要求。
断条整粒的目的是使颗粒长短均一,以使颗粒在相同的活化、炭沉积下得到的产品性能一致。
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本实验炭分子筛的制备采用炭化法与气体活化、碳沉积法相结合,原料为椰壳,相对
于有机高分子聚合物和煤炭类原料,类属于植物基的椰壳具有原料价格低廉,来源广泛,且高含碳量、低挥发分、低灰分。
利用植物壳等废料制备商业化产品如CMS,
不仅可避免植物直接焚焼或填埋带来的环境污染,还可变废为宝,为世界提供能源。
以椰壳一次炭化料(椰壳在一定温度、惰性气氛下热解)为原料、酚醛树脂为粘结剂制
备CMS。
具体制备步骤如下:首先使用行星式球磨机将椰壳一次料磨至所需粒度
(<10μm ),以酚醛树脂为粘结剂,聚乙二醇为助剂,在自动控温混涅机里混捏均匀后在双螺杆挤条机上挤条成型,然后将自然晾干的成型料断条整粒至小于4mm。
最后将长度较均一的成型料加入转炉行二次炭化、活化、一步苯沉积、二步苯沉积制备CMS。
CMS制备工艺流程如图1.1所示。
图1. 1 CMS制备工艺流程图
Fig.1.1 Technology process diagram for CMS prepared
一次炭化:是指原料在惰性气氛下将成型原料在适当的热解条件下炭化的方法。
在热
解条件下,原料分子中各基团、桥键、自由基和芳环发生复杂的分解缩聚反应,从而
导致炭化物孔隙的形成、孔径的扩大和收缩。
适用于分子结构规整的树脂和果壳类的
高挥发分物质,如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山碴核等。
影响炭化效果的主
要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间。
本实验经炭化后制得椰壳一次炭化料。
混捏挤条:一次炭化料经球磨机磨制所需粒度后,以聚乙二醇为助剂、酚醛树脂为粘
结剂,与水按照一定比例在自动控温混捏机中混捏均匀,在双螺杆挤条机上挤条成型。
混捏的目的是为了使一次炭化料有一定的粘性,有助于在挤条过程中成型,确保断条及工业应用目的的实现。
断条整粒:挤条成型料经自然晾干后送至断条装置断条至所需粒径,可用筛分装置判
断是否符合要求。
断条整粒的目的是使颗粒长短均一,以使颗粒在相同的活化、炭沉
积下得到的产品性能一致。
二次炭化:二次炭化过程是将己干燥的椰壳挤条成型料置于N2气氛中,以适当的热解条件制备炭化产品的方法。
热解过程中各基团、桥键、自由基和芳环等发生复杂的分解聚合反应,产生的热不稳定组分以挥发分形式脱出,其目的是使炭化产品的孔隙发展,孔径扩大或收缩。
影响二次炭化产品性能的条件有炭化恒温时间、炭化终温和炭化升温速率。
气体活化法是指在炭化的基础上,为进一步增加CMS的表而积,在活性介质条件下缓慢加热处理,发展其孔隙结构的方法。
活化的目的是使活性剂与炭质原料中的部分炭以及炭化过程挥发分分解产生的炭发生反应,使封闭的孔以及堵塞得孔得以打开使所制备的活性炭不仅有较高的吸附容量而且有较高的微孔体积分数。
孔径调整:采用碳沉积法,在气体活化的基础上,采用烃类或高分子化合物等作为堵孔剂,使其在高温下裂解,在气体活化后多孔材料的孔道内积炭堵孔、调孔。
碳沉积法分为气相(CVD)和液相沉积(LVD}。
气相沉积过程中,气相沉积是将多孔材料加热400~900℃,通入含烃类的气体,停留几分钟至几十分钟。
烃发生分解,附着在多孔材料细孔的壁上,从而缩小产物细孔直径的方法。
含烃类的气体包括不饱和烯烃如乙烯、丙烯、异丁烯以及气化后的苯、甲苯、苯乙烯等,其中以苯、甲苯、丙烯居多;也有饱和烃类如甲烷、丙烷、丁烷等,以甲烷居多。
气相沉积法由于气体在反应炉中的浓度较均一,可有效控制CMS孔径,但需外加气源发生和调节流量装置,操作繁琐,工艺复杂,操作条件严格,实际生产成本较高。
液相沉积法是指多孔材料浸渍到液态烃类或高分子化合物溶液后,高温条件下再进行炭沉积来调节孔径的过程。
常见的液体浸渍剂有苯、酚醛树脂溶液、煤焦油。
相对气相沉积,液相沉积法相对工艺要求较低,操作较容易。
本实验采用气相碳沉积-两步苯沉积来调节孔径,其中一步沉积过程选取较强烈的反应条件(如较高的苯分率)对活性炭的孔口进行初步的缩减,但要避免孔口被过度堵塞,二步沉积过程选取较温和的反应条件(如较低的苯分率且添加缓释剂)对一步沉积产品的孔口进行细致的调节,以使所制备的CMS不仅对02/N2有较高的选择性,而且具有较大的气体吸附容量。
二次炭化后产品的评价主要包括对孔结构和空分性能俩个方面。
其中空分性能的评价采用俩塔变压吸附装置。
炭化料以及活化料的孔结构采用静态容量的方法进行表征。
比表面积、N2吸附等温线以及孔体积利用77K的N2吸附得到。
其中比表面积在相对压力为0.05~0.25时由BET方程计算得出,总孔体积在相对压力为0.99时,吸附的液氮体积求得,微孔体积由t-plots方法计算得到,微孔孔径分布采用H-K法计算而得,中孔孔径分布采用BJH法而得。
在实验之前,首先在250℃及真空6.7X10-2Pa压力下对炭化料或活化料进行干燥2.5 h,干燥结束后当温度降至常温时,将样品放置于样品管中,同时通入N2进行试验。