Ca(OH)2改性活性炭及其吸附CO2的研究

Ca(OH)2改性活性炭及其吸附CO2的研究
摘要：为了制备出选择性好，吸附容量大的新型活性炭，本文选用Ca(OH)2作为化学活化剂，对颗粒活性炭进行改性。

实验结果表明：在Ca(OH)2试剂用量为100ml、改性温度为80℃、改性时间为2h、干燥时间为6h时，改性后的活性炭吸附容量达到最大，为3.91mmol/g。

关键词：Ca(OH)2；活性炭；吸收容量；改性；CO2
Study on Ca(OH)2 modification activated carbon and absorption of carbon dioxide Abstract：In order to prepare a new type of activated carbon with good selectivity and adsorption capacity, Ca(OH)2was used as the chemical activator to modify the granular activated carbon. The experimental results showed that the adsorption capacity of activated carbon reached the maximum with the Ca(OH)2 modification amoun t of 100ml,modification temperature of80℃, modification time of2h and drying time of 6h, and the maximum adsorption capacity of activated carbon was 3.91mmol/g. Keywords: Ca(OH)2；activated carbon；absorption capacity；modify；carbon dioxide
引言
二氧化碳是温室效应的罪魁祸首之一，二氧化碳的减排问题是21世纪各国关注的焦点[1-3]。

二氧化碳不仅是温室气体，也是一种宝贵的资源。

二氧化碳在工业生产中是很重要的的基础原料，尤其是在固体状态下，它的应用更为广泛[4-5]。

因此，对废气中排放的二氧化碳的吸附，综合利用及再资源化，意义重大。

在一定条件下对活性炭进行改性处理能够改善活性炭表面官能团的组成从而使吸附性能发生变化，一直以来，针对活性炭表面化学及化学改性的研究都备受重视[6-9]。

活性炭的改性方法有氧化改性[10-12]、还原改性[13-14]、酸碱改性[15-16]及金属改性[17-19]等。

叶剑波[20]以聚乙烯亚胺(PEI)为表面活性剂改性活性炭使其CO2的最大吸附量达到1.02mmol/g。

Zhang[21]等通过氨水浸渍和微波照射改性活性炭，使其吸附量达到3.75 mmol/g。

Li[22]等用质量分数为5%的过氧化氢改性活性炭使其对CO2的吸附量达到3.042mmol/g。

Heidari[23]等对桉木基活性炭用H3PO4活化，在400℃和800℃下进行热处理，使其在压力为1bar、温度为303K时二氧化碳吸附量达到3.22mmol/g。

目前，吸附被认为是CO2分离技术中最行之有效的方法之一，制备对CO2具有高选择性，高吸附容量的吸附剂成为研究重点[24]。

本论文以颗粒活性炭为炭源，Ca(OH)2作为化学活化剂改性活性炭，最后得到了吸附速率快、选择性好、吸附容量大的新型活性炭。

1 改性实验部分
1.1主要实验材料与试剂
纯度为99%的CO2（贵阳林诚气体公司），活性炭（AC、天津市光复科技发展有限公司、500g、分析纯），氢氧化钙含量95%以上（Ca(OH)2、天津市瑞金特化学品有限公司、500g、分析纯）1.2 吸附剂的制备
采用浸渍法制备Ca(OH)2改性的AC吸附剂。

称取50g的AC，用蒸馏水洗涤至洗涤液不浑浊；然后在烘干箱中110℃下干燥10h，待冷却后加入一定量（100ml、130ml、160ml）的5mol/L的Ca(OH)2，并搅拌1min；在一定温度（60℃、70℃、80℃）下，冷凝回流一定时间（2h、4h、6h）后，洗涤至洗涤液PH=7左右。

最后在110℃下干燥一定时间（6h、8h、10h）后，自然冷却后使用。

1.3 CO2吸附实验装置
CO2吸附装置图[25]。

1.4 考核指标
饱和吸附量[26]。

2 结果与讨论
2.1改性活性炭吸附CO2的性能评价
2.1.1改性试剂量对吸收容量的影响
改性温度为70℃，改性时间为2h，干燥时间为6h，Ca(OH)2改性量分别为100ml、130ml、160ml。

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3.03.5
4.0
吸收容量 (m m o l /g )时间 (min)
AC 改性量100ml 改性量130ml 改性量160ml
图1改性试剂量对吸收容量的影响
Fig .1 Effect of the rmodification amount on the absorption capacity
由图1可知：在Ca(OH)2对AC 改性前，AC 对CO 2的吸附量非常低，仅为0.941mmol/g 。

为了增强CO 2和AC 之间的相互作用，将具有高吸收效率的Ca(OH)2负载在AC 的孔道上。

如图所示，负载Ca(OH)2后，AC 的吸附量均有明显的增加，其最高吸附量为3.8083mmol/g ；随着改性量的增加，AC 的吸附量呈现先增大后减小的趋势。

这说明并不是改性剂的量越多，对AC 的改性效果越好；其改性试剂量在100ml 左右最为合适。

2.1.2改性温度对吸收容量的影响
Ca(OH)2改性试剂量为100ml ，改性时间为2h ，干燥时间为6h ，改性温度分别为60℃、70℃、80℃。

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1.0
1.5
2.02.5
3.03.5
4.0
吸收容量 (m m o l /g )时间 (min)
AC 改性温度60℃ 改性温度70℃ 改性温度80℃
图2改性温度对吸收容量的影响
Fig .2 Effect of the modification temperature on the absorption capacity
由图2可知：随着改性温度的升高，Ca(OH)2改性后的AC 对CO 2的吸附容量也呈增大趋势，
在改性温度为80℃时，AC 的吸附容量达到最大，为3.874mmol/g ；比改性前AC 的最高吸附量0.941mmol/g 提高了75.7%。

因此，控制其改性温度在80℃左右最为合适。

2.1.3改性时间对吸收容量的影响
Ca(OH)2改性试剂量为100ml ，改性温度为70℃，干燥时间为6h ，改性时间分别为2h 、4h 、6h 。

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2.02.5
3.03.5
4.0
吸收容量 (m m o l /g )时间 (min)
AC 改性时间2h 改性时间4h 改性时间6h
图3改性时间对吸收容量的影响
Fig .3 Effect of the modification time on the absorption capacity
由图3可知：随着改性时间（即冷凝回流时间）的增加，用Ca(OH)2改性后的AC 对CO 2的吸
附量在明显的减少，其最高吸附量为改性时间2h 的3.8083mmol/g ；比改性前AC 的最高吸附量0.941mmol/g 提高了75.3%。

这说明并不是改性时间越长，对AC 的改性效果越好；其改性时间在2h 左右最为合适。

2.1.4干燥时间对吸收容量的影响
Ca(OH)2改性试剂量为100ml ，改性温度为70℃，改性时间为2h ，干燥时间分别为6h 、8h 、10h 。

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-0.50.0
0.5
1.0
1.5
2.02.5
3.03.5
4.0
吸收容量 (m m o l /g )时间 (min)
AC 干燥时间6h 干燥时间8h 干燥时间10h
图4干燥时间对吸收容量的影响
Fig .4 Effect of the drying time on the absorption capacity
由图4可知：改性后AC 的吸附容量随着干燥时间的增加呈现先减少后增加的趋势，在干燥时
间为6h 时，改性活性炭的吸附容量达到最大，为3.8083mmol/g 。

比改性前AC 的最高吸附量
0.941mmol/g 提高了75.3%。

这说明并不是干燥时间越长，对AC 的改性效果越好；干燥时间在6h 左右最为合适。

3 结论
通过控制变量法得出Ca(OH)2改性活性炭脱除CO 2的合适工艺参数为：改性试剂量100ml 、改性温度80℃、改性时间2h 、和干燥时间6h 。

在此条件下Ca(OH)2改性活性炭的最大吸收容量为：
3.91mmol/g 。

远远超过了处女炭的最大吸收容量0.941mmol/g ，使颗粒活性炭的吸收容量提高了将近76%。

实验证明，改性活性炭是一种选择性好，吸附容量大的新型活性炭，是未来脱碳工业重点研究的对象。

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