化学活化法制备活性炭的正交试验分析
KOH活化法制备棉秆基活性炭的研究
摘要：以棉秆为原料，在氮气保护下于400 ℃直接碳化120 min后，以氢氧化钾为活化剂制备棉秆基活性炭，主要考察了碱碳比、活化温度、活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能及活化得率的影响。
结果表明，制备棉秆基活性炭的最佳工艺条件为碱碳比为2.0，活化温度700 ℃，活化时间90 min，此时制得的活性炭的碘吸附值为1 381 mg/g，亚甲基蓝吸附值为180 mg/g，平均孔径4.42 nm，最可几孔径2.17 nm，活化得率为18.07%。
关键词：棉秆；活性炭；氢氧化钾中图分类号：s562；tq351.21 文献标识码：a 文章编号：0439-8114（2015）14-3489-03 doi：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.14.040preparation on activated carbon from cotton stalk bygeng li-li，zhang hong-xi，li xue-qin（department of chemistry & applied chemistry，changji university，changji 831100，xinjiang，china）活性炭是一种具有石墨微晶结构、孔隙发达、吸附能力很强的吸附剂，由于环境保护的日益重视和对活性炭的结构与性能认识的不断深化，活性炭已成为食品、医药、化学化工、水处理和环保等许多工业中不可替代的产品。
近几年，中国活性炭的年产量迅速增加，给生产原料的供应带来了巨大压力[1]。
目前，中国生产活性炭的原料主要是煤、木屑以及果壳等[2-7]。
由于煤价格较高，木屑、果壳等数量有限，随着工业技术的发展，用廉价的秸秆为原料制备活性炭越来越受到人们的重视[8-10]。
更重要的是与其他活性炭相比，木质活性炭产品具有纯度高、比表面积大、吸附性能好等特点。
因此，本研究以棉花秸秆为原料，以koh为活化剂制备棉秆基活性炭，并对其制备工艺进行探讨。
活性炭制备及机理分析
物理活化
物理活化是指利用物理手段对原料炭进行活化处理，如机械搅拌、高频振动、 微波辐射等。这些物理手段可以促进炭的表面官能团的形成和扩展，同时也可以 增加活性炭的孔隙结构和比表面积。
生物活化
生物活化是指利用微生物对原料炭进行活化处理，常用的微生物有细菌、真 菌和酵母等。生物活化可以在一定程度上提高活性炭的吸附性能，但其效果通常 不如化学活化和物理活化。
未来研究方向应包括优化制备工艺、发掘新型的活性炭材料、提高活性炭的 性能等方面。同时，加强废弃物资源化利用研究，为实现活性炭的绿色制备提供 技术支持和理论指导。
参考内容
活性炭是一种广泛使用的吸附材料，具有高比表面积、高孔隙率、良好的吸 附性能和耐腐蚀性等特点。由于其独特的性质，活性炭被广泛应用于水处理、空 气净化、脱硫脱硝、溶剂回收等领域。近年来，随着人们对活性炭研究的深入， 其应用领域不断拓展，因此对活性炭制备及机理分析的研究也变得越来越重要。
接枝改性
接枝改性是指利用化学反应将其他有机分子或聚合物接枝到活性炭表面，以 改善其吸附性能。常用的接枝分子或聚合物有有机酸、有机胺、聚合物等。接枝 改性可以增加活性炭表面的极性和亲水性，从而提高其吸附性能。
活性炭应用
活性炭因其良好的吸附性能和稳定性而广泛应用于各个领域。以下是活性炭 的主要应用领域及现状：
优质活性炭制备及机理分析
01 引言
目录
02 制备方法及工艺参数
03
活性炭性质及评价指 标
04 制备机理分析
05 结论
06 参考内容
引言
活性炭是一种广泛应用的多孔炭材料，具有高比表面积、高吸附性能和良好 的物理化学性能。由于这些特性，活性炭在许多领域中都有重要的应用，如水处 理、空气净化、脱硫脱硝、溶剂回收等。随着科技的不断发展，对活性炭的性能 和品质要求也不断提高。因此，研究优质活性炭的制备及机理分析具有重要意义。
活性炭制备及其性能研究
活性炭制备及其性能研究一、活性炭概述活性炭是一种具有高度孔隙率及比表面积的固态材料。
其主要成分为碳，其比表面积通常在500-1500平方米/克之间，而孔径大小在几纳米到数十纳米之间。
活性炭的应用场景非常广泛，包括废气处理、水处理、储能材料、催化剂载体等多个方面。
二、活性炭制备方法制备活性炭的方法主要分为两类：物理法和化学法。
物理法包括炭化、活化、热解等方法。
而化学法则是在物理法的基础上增加了添加物，例如植酸、氢氧化物等方法。
其中，常见的活化方法包括化学活化和物理活化方法。
1. 化学活化法化学活化法是在高温和高压的条件下，使用一种强氧化剂进行的过程，如氢氧化钾，氢氧化钠和制氧剂等。
在这种方法中，活性炭的碳化程度可以通过调整活化条件来进行控制，如温度、时间和气体流量等。
2. 物理活化法物理活化法是通过在高温和低压的环境下使用的方法。
在这种情况下，物理活化的过程要比化学活化简单，通常采用高温、高压和惰性气体的混合物来实现活化。
三、活性炭性能活性炭的性能取决于孔隙度、存在的化学官能团和硬度等因素。
由于活性炭具有极高的比表面积，因此活性炭具有非常好的吸附能力。
此外，由于活性炭材料在制备过程中，可以通过调整温度、时间和流体等条件，从而制备出不同孔径大小的活性炭。
1. 吸附能力由于其高度的表面积和孔隙率，活性炭的吸附能力非常强。
这可以用于各种应用，例如水和空气净化。
同时，由于其吸附能力，活性炭也被用作吸附剂来净化化学废水和工业废气。
2. 化学官能团活性炭存在各种不同的化学团，例如羟基、羧基、胺基等。
这些化学官能团可以提高活性炭在吸附和催化方面的性能。
3. 孔径大小活性炭的孔径大小范围通常在几纳米到数十纳米之间。
由于活性炭的孔径大小非常小，因此可以从大型到小型的家用滤网，到超细过滤器的应用场景中得到使用。
四、活性炭的应用活性炭的应用非常广泛，包括工业废气、化学品废水、燃烧废气处理、食品、医药、饮料制造以及金属萃取等应用领域。
KOH活化法制备废旧棉织物活性炭及表征
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文献综述
KOH活化法制备活性炭的研究已有广泛报道。早期的研究主要集中在活化剂 浓度、活化温度、活化时间等因素对活性炭性能的影响。如Wang等研究了KOH浓 度对竹子活性炭性能的影响，发现当KOH浓度为60%时，制备得到的活性炭比表面 积最大。Liu等研究了活化温度对椰壳活性炭性能的影响，发现活化温度为700℃ 时，制备得到的活性炭具有最佳的吸附性能。
实验过程中，重点考察了KOH浓度、活化温度、活化时间等因素对废旧棉织 物活性炭性能的影响。在单因素实验的基础上，通过正交实验优化了KOH活化法 制备废旧棉织物活性炭的最佳工艺条件。此外，采用扫描电子显微镜（SEM）、 Brunauer-Emmett-Teller（BET）等方法对制备得到的活性炭进行了表征，以了 解其形貌和孔结构。
此外，活化时间也是影响活性炭性能的重要因素，如Xu等研究了活化时间对 核桃壳活性炭性能的影响，发现活化时间为30分钟时，制备得到的活性炭比表面 积最大。
近年来，研究者们开始废弃物材料的研究。例如，丝绸、棉麻等纺织品废弃 物的大量产生严重污染环境，成为亟待解决的问题。因此，以废弃纺织品为原料 制备活性炭成为当前的研究热点。如Zhang等研究了以废旧棉织物为原料，采用 KOH活化法制备活性炭的过程，并对其性能进行了表征。实验结果表明，制备得 到的活性炭具有较高的比表面积和较好的吸附性能。
1、制备情况
通过物理化学活化法成功制备了红麻杆基活性炭，制备过程中未出现明显的 烧结现象，产率较高，具有良好的应用前景。
2、理化性质
BET法测定结果显示，红麻杆基活性炭的比表面积在1000-2000m²/g之间，表 明其具有较高的吸附性能。BJH法测定结果显示，孔径主要分布在2-10nm之间， 表明其具有较好的吸附选择性。XRD分析结果表明，红麻杆基活性炭主要由石墨 烯和无定形碳组成。EA测定结果显示，红麻杆基活性炭中碳含量较高，达到了 90%以上。
微波化学活化法制备活性炭的研究
业 、 油、 金、 石 冶 家庭 和 国 防等 领 域 ， 近年 来 得 到 广
１ 试 验 材 料 与 方 法
１ １ 试 验仪 器及试 剂 ．
主要试 验仪器 有 ： 比表面 积及 孔 隙测 定仪 （ Ｓ ＳＡ
废弃 物 数 量 巨 大 ， 用 这 些 弃 物 作 为 原 料 制 备 活 利
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活性炭的实验报告
活性炭的实验报告活性炭的实验报告引言：活性炭是一种具有高度多孔结构的吸附剂，广泛应用于水处理、空气净化、食品工业、药物制造等领域。
本实验旨在通过制备活性炭并测试其吸附性能，探究其在环境治理中的应用潜力。
实验步骤：1. 原料准备：将某种含碳物质（如木炭、果壳等）研磨成粉末状。
2. 活化剂制备：将硫酸铵和磷酸铵按一定比例混合，加热至溶解，并冷却后得到活化剂溶液。
3. 活化过程：将活化剂溶液与原料混合，搅拌均匀后在高温下进行炭化反应。
4. 洗涤处理：用去离子水反复洗涤活化炭，去除残留的活化剂和杂质。
5. 干燥处理：将洗涤后的活化炭放入烘箱中进行干燥，直至完全干燥。
实验结果：经过制备，我们得到了一种黑色的颗粒状物质，即活性炭。
为了测试其吸附性能，我们选择了甲醛作为模拟有害气体。
首先，我们将一定量的活性炭放入一个密封容器中，然后向容器中注入一定浓度的甲醛气体。
经过一段时间的接触，我们测量了容器内甲醛浓度的变化。
实验结果显示，活性炭对甲醛具有较好的吸附效果。
随着接触时间的增加，容器内的甲醛浓度逐渐降低。
这表明活性炭能够有效吸附甲醛分子，净化室内空气。
讨论与分析：活性炭的吸附性能与其多孔结构有着密切关系。
活性炭具有丰富的微孔和介孔，这些孔道能够提供大量的吸附位点，吸附有害气体分子。
此外，活性炭还具有较大的比表面积，增加了吸附剂与被吸附物质之间的接触面积，进一步提高了吸附效率。
在实际应用中，活性炭可以用于水处理。
由于其对有机物和重金属离子的吸附能力，活性炭可以有效去除水中的污染物，提高水质。
同时，活性炭还可以用于空气净化。
它可以吸附空气中的有害气体和异味，改善室内空气质量，保护人们的健康。
然而，活性炭在吸附过程中也存在一些问题。
首先，活性炭的吸附容量是有限的，一旦达到饱和状态，就需要进行再生或更换。
其次，活性炭对不同气体的吸附性能存在差异，需要根据实际情况选择合适的吸附剂。
此外，活性炭的制备过程较为复杂，需要一定的技术和设备支持。
生物质裂解残炭制备活性炭的研究(一)——正交实验法研究活化工艺条件
生物质裂解残炭制备活性炭的研究（－－）——正交实验法研究活化工艺条件陈健李庭琛颜涌捷任铮伟张素平（华东理工大学能源化ｉ系，上海，２００２３７）摘要：用生物质裂解残炭制备活性炭．应用正交实验法对诸多影响因子进行考察，在优化工艺条件（活化温度７７０‘７８０Ｘ２、活化时间４小时、水／原料＝２００、氨气／水＝Ｏ．５）下，可以得到碘值６９１．９４ｍｇ．ｇ－ｌ，亚甲蓝值２８０．９３ｍｇ．ｇ－ｌ左右的活性炭产品。
关键词：生尊质ｉ裂解咎炭÷适够活性誊ｆ正套拳验｝碘辏—坷珥氆酌｝Ｖｖ、∥ｏ１．前言生物质…是一种清洁可再生能源，在能源危机和环境问题日益严重的今天，开发利用生物质能源具有很重大的战略意义。
我田这样的人口大国、农业大国、能源消耗大国，利用生物质资源改善能源状况，更具现实意义。
如何充分利用生物质资源是人们一直在探索和研究的方向。
开发利用生物质资源是一项资源综合利用的系统工程。
在利用流化床技术快速裂解生物质制取液体燃料的实验研究中，除了液相产品之外，还产生了固相产物——裂解残炭（约占总量的１３％１２５％）０１。
这些固相残炭产物，质地疏松，颗粒均匀。
传统的处理方法是焚烧，但是不经济，利用率也不高。
观察其特性，发现这是一种制各生物质活性炭的良好材料。
尤其它本身是木质素材料在４００～５００℃下裂解形成的一种炭素前驱体，因此只需要一步活化就可以制得活性炭产品”１本实验研究意在通过正交实验“１的方法，在活化工艺过程中对影响活性炭吸附性能的因子进行综合评价，得出关键的影响因子，并进行优选，从而得出优化的活化工艺条件。
２．实验２．１原料生物质裂解残炭工业性成分情况见表２一１．。
可以看出．裂解过程中大部分有机物组分已被转化。
裂解过程相当于传统活性炭生产中的炭化过程，裂解残炭是一种炭索前驱体”３。
由生物质流化裂解制生物油得到的残炭粒径≤Ｏ．４５ｍ”１，所以需要粘结成型制作试样。
使用生物质裂解过程中产生的重质焦油作粘结剂，其成分主要为碳和有机物，在高温时有机物挥发分解后的残余物为固定碳。
氯化锌活化法制备笋壳基活性炭的工艺研究_赵朔
氯化锌活化法制备笋壳基活性炭的工艺研究＊赵 朔，裴 勇（重庆大学化学化工学院，重庆４０００４４）摘要 以笋壳为原料，采用氯化锌活化法制备活性炭，通过正交试验研究了氯化锌与笋壳质量比、氯化锌溶液浓度、活化温度、活化时间等因素对笋壳基活性炭的活化收率、碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的影响。
研究表明，活化温度对活性炭性能的影响最显著；氯化锌活化法制备笋壳基活性炭的最佳条件为：ｍ（氯化锌）／ｍ（笋壳）＝２∶１，氯化锌溶液浓度为５％，活化温度为６００℃，活化时间为９０ｍｉｎ。
采用氮气吸附－脱附法对最佳条件下制备的活性炭进行表征，结果表明，该条件下制备的活性炭为中孔型活性炭。
关键词 笋壳 活性炭 吸附性能 碘吸附值 亚甲基蓝吸附值中图分类号：ＴＱ４２４．１ 文献标识码：ＡＳｔｕｄｙ ｏｆ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｂａｍｂｏｏ Ｓｈｏｏｔ Ｓｈｅｌｌ Ｂａｓｅｄ ＡｃｔｉｖａｔｅｄＣａｒｂｏｎ ｂｙ ＺｎＣｌ２ＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＺＨＡＯ Ｓｈｕｏ，ＰＥＩ Ｙｏｎｇ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｍｂｏｏ ｓｈｏｏｔ ｓｈｅｌｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ ｂａｍｂｏｏ ｓｈｏｏｔ ｓｈｅｌｌ－ｂａｓｅｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ＺｎＣｌ２ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ（ｉ．ｇ，ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ＺｎＣｌ２ｔｏ ｂａｍｂｏｏ ｓｈｅｌｌ，ｃｏｎｃｅｎ－ｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＺｎＣｌ２，ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ）ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ，ｉｏｄｉｎｅ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒ－ｂｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ＺｎＣｌ２ｔｏ ｂａｍ－ｂｏｏ ｓｈｏｏｔ ｓｈｅｌｌ ｉｓ ２∶１，ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＺｎＣｌ２ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ５％，ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ６００℃，ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｔｉｍｅ ｉｓ ９０ｍｉｎ．Ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｕｎｄｅｒ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ Ｎ２ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｔｈｅ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｓ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂａｍｂｏｏ ｓｈｏｏｔ ｓｈｅｌｌ，ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｉｏｄｉｎｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ，ｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅ ｖａｌｕｅ ＊教育部博士点新教师基金（２０１００１９１１２００４６） 赵朔：女，１９８２年生，博士，讲师，研究方向为生物质基炭材料制备及应用 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｓｈｕｏ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ０ 引言活性炭具有孔隙结构发达、比表面积大、化学稳定性好等优点，广泛应用于气体净化、废水处理及环境保护等领域［１－３］。
化学活化的湿法制备污泥活性炭及应用研究
Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
化学活 化的湿 法制备备污泥活性炭及应用研究
Ｓ ｌ ｕ ｄ ｇ ｅ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｃａ ｒ ｂ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｗｅ ｔ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐ ｐ ｌ ｌ ｅ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
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摘要 以 城市污水厂剩余污泥为原料， Ｚ ｎ Ｃ ｌ ｚ 作活化剂， 研究脱水污泥转化成活性炭过 程中活化方式、 活化剂浓度、 活化温 度 和活化时间等因 素对污泥活性炭吸附性能的影响； 利用正交试验获得最佳制备方案， 采用热重分析仪研究活化机理， 并将其应用 于甲苯废气的吸附试验。 结果表明： 浸渍质量比５ ： ５ 、 活化温度５ ５ ０ 。 Ｃ 、 活化时间４ ０ ｍ ｉ ｎ 为最佳制备条件； 湿污泥活化法制备的污 泥活性炭。 性能优于干污泥活化 法； 在甲 苯浓度２ ３ ０ ０ ｍ ｇ ／ ｍ 。 气体线速９ ． ５ ５ ｃ ｍ ／ ｓ 、 装填高度４ ｃ ｍ时， 添加３ ％的锯末或５ ％的
氯化锌法活化脱硅稻壳制备活性炭的实验研究
氯化锌法活化脱硅稻壳制备活性炭的实验研究作者：魏善彪谢四才来源：《西部资源》2012年第02期摘要：本文通过以稻壳为原料，采用氯化锌活化法制备木质活性炭。
通过系统的对比实验，对主要的影响因素如浸渍比、活化液质量分数、活化温度、活化时间等因素加以分析研究。
实验结果表明：浸渍比是氯化锌活化法制备活性炭的最重要的影响因素；选择氯化锌活化法制备稻壳活性炭的浸渍比１︰2.0，活化温度550 ℃左右和活化时间60 min比较适宜。
关键词：氯化锌资源综合利用活性炭活性炭是一种多空碳材料，具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点。
作为一种优良的吸附剂及催化剂载体，广泛用于液体和气体的净化、溶剂回收及作催化剂载体等随着对环保问题的日趋重视。
稻壳是有一定碳含量的农业副产品，我国拥有丰富的资源，但它的灰分含量过高，不经降灰处理，很难生产出高质量的活性炭［１］。
本工作通过用以稻壳为原料，采用氯化锌活化法制备木质活性炭。
通过系统的对比实验，对主要的影响因素加以分析，如浸渍比、活化液质量分数、活化温度、活化时间等因素进行了研究。
1. 材料与方法1.1 试剂和仪器稻壳及试剂研究中所用的稻壳来自攀枝花盐边稻米加工厂，其工业分析如表１；试验当中所用硫酸、氢氧化钠、氯化锌等及采用吸附性能评价所用的亚甲基蓝试剂均为分析纯。
1.2 实验原理及方法活性炭产品吸附性能是评价活化效果指标，吸附性能不仅与活性炭比表面积有关，也与其细孔容积有关。
不同用途活性炭，对其孔径分布要求也不一样。
通常来讲，以碘吸附值、亚甲基兰吸附值、焦糖脱色力的高低分别评价活性炭中微孔、过渡孔、大孔发达程度。
本实验采用活性炭对亚甲基蓝溶液色素的吸附来评价产品活化效果。
实验中称取0.25克亚甲基蓝溶于250ｍＬ的容量瓶中，再用移液管量取2.5ｍｌ的亚甲基蓝溶液稀释200倍。
用量筒取100ｍＬ稀释的亚甲基蓝溶液于锥形瓶中，加入15ｍｇ的活性炭。
基于KOH活化法的核桃壳基活性炭的制备研究
收稿 日期 ：２０１８－０４—；西 安文理学
院创新改革试点项 目（２０１６１０５ＧＧ／ｚ１、０５（４）） 作者简 介 ：方振华（１９８４一），男 ，硕士 ，实验师 ，２０１０年毕业于石河 子大
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗａｌｎｕｔ ｓｈｅｌｌ ｂａｓｅｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｗａｌｎｕｔ ｓｈｅｌｌ ｂｙ ＫＯＨ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ
ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｌｋａｌｉ／ｃａｒｂｏｎ ｒａｔｉｏ，ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｉｍ ｅ，ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
化 学 工 程 师 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
２０１８年第 Ｏ７期
ＤＯＩ：１０．１６２４７６．ｃｎｋｉ．２３－１１７１ｈｑ．２０１８０７０８
：科
研 ：与：
基于 ＫＯＨ活化法的核桃壳
：开·
发：
基 活性炭 的制备研 究
方振 华 ，金 鑫 ，牛 曼 ，马晓情
（１．西安文理学院 化学工程学院 。陕西 西安 ７１００６５；２．西安市环境与食 品安全检测工程研究 中心 。陕西 西安 ７１００６５）
ＦＡＮＧ Ｚｈｅｎ—ｈｕａ ，ＪＩＮ Ｘｉｎ ，ＮＩＵ Ｍａｎ ，ＭＡ Ｘｉａｏ—ｑｉｎｇ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａ ｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ，Ｘｉ ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ＇ａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｓａｆｅｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）
磷酸法活化栀子壳制备活性炭及其性能分析
磷酸法活化栀子壳制备活性炭及其性能分析李炜(国家林业局林产工业规划设计院,北京100010)摘要:研究以栀子壳为原料,在炭化温度400℃、炭化时间60min 的条件下,采用磷酸活化的方法制备活性炭。
通过正交实验确定了活化的最佳条件为:料液比1:2.5,活化液质量分数45%,活化温度600℃,活化时间45min ,碘吸附值为986mg/s ,亚甲基蓝脱色力为11.9mL/0.1g ,得率为41.2%。
对重金属Cr (Ⅵ)和栀子油的去除率及其吸附性能分析的结果表明,栀子壳制备的活性炭与市售活性炭的吸附性能相当,且在加入量为20mg 时对Cr (Ⅵ)的去除率高于市售活性炭。
关键词:栀子壳;磷酸;活性炭中图分类号:TS 612文献标识码:Ａ文章编号:2095-2953(2013)08-0044-03Preparation and Performance Analysis of Activated Carbon fromGardenia Shell through Chemical Activation with Phosphoric AcidLI Wei(Planning and Design Institute of Forest Products Industry ,the State Forestry Administration,Beijing 100010,China )A b s r ac t :Activated carbon is prepared with the phosphoric acid activation m ethod with gardenia shell as the raw m aterials,carboniz ation tem perature of 400℃,carbonization tim eof 60m in.Through orthogonal experim ent,theoptim umconditions for activation are determ ined:the ratio of solid to liquid 1∶2.5,activating solution m ass fraction,45%;activation tem perature,600℃;activation tim e,45m in;iodine adsorption value,986m g/s;m ethylene blue adsorption,11.9m L/0.1g;yield ,41.2%.The analysis of the rem oval rate of heavy m etal Cr (VI )and gardenia oil shows that activated carbon prepared with gardenia shell have adsorption perform ancesim ilar to that sold on the m arket,and the Cr (VI )rem oval rate is higher than com m ercially available activated carbon in thecase of dosageof 20m g.K e y w or d s:gardeniashell;phosphoric acid;activated carbon活性炭是一种多孔性含碳物质,具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积,吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点,广泛应用于化学工业、食品加工、医疗卫生、农业、国防等领域。
基于KOH活化法的核桃壳基活性炭的制备研究
基于KOH活化法的核桃壳基活性炭的制备研究方振华;金鑫;牛曼;马晓情【摘要】以核桃壳为原料,选用KOH高温干法活化工艺制备出了核桃壳基活性炭.研究了炭化温度、碱料比、活化时间、活化温度、酸洗工艺对核桃壳基活性炭碘吸附值的影响,并用正交试验确定了核桃壳基活性炭的最佳制备工艺.结果表明,在炭化温度为400℃,碱料比为3:1,活化温度为600℃,活化时间为50min时制备的核桃壳基活性炭的碘吸附值最好,其碘吸附值为1393mg·g-1.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2018(032)007【总页数】3页(P8-10)【关键词】核桃壳;活性炭;KOH;碘吸附值【作者】方振华;金鑫;牛曼;马晓情【作者单位】西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065;西安市环境与食品安全检测工程研究中心,陕西西安710065;西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065;西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065;西安文理学院化学工程学院,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TQ424核桃作为一种营养和经济价值很高的珍贵树木，在我国多数省份均有分布，其年产量位居世界之首[1]，核桃壳坚硬厚实，是制备活性炭的优良原料[2,3]。
但核桃加工完后的核桃壳多被焚烧或丢弃，极大地浪费了资源[4]。
因此，如何对废弃的核桃壳进行综合开发利用，变废为宝，已成为研究人员关注的焦点之一[5]。
张浩等[6]以废弃核桃壳为原料，采用微波加热法制备出生物质基多孔活性炭。
并用响应面法优化其制备工艺，制备的生物质基多孔活性炭的碘吸附值达到1074.57mg·g-1。
朱玲等[7]以玉米秸秆和山核桃壳为原料，采用氯化锌法制备出了孔径以中孔为主，碘吸附值达1079.72mg·g-1的混合基生物质活性炭。
其制备的活性炭对染料孔雀石绿与金橙II的吸附率可达到93%。
赵阳等[8]首次以新疆野山核桃壳为原料、在炭化炉中炭化后，用50%的KOH溶液浸渍24h后，将浸渍的混合物在马弗炉中活化，水洗干燥后制得了比表面积为1551.85m2·g-1，总孔容为0.79cm3·g-1，微孔比表面积为1491.22m2·g-1，微孔率为89.87%的核桃壳基活性炭。
活性炭制备及机理分析
活性炭制备及机理分析一、本文概述活性炭是一种具有高度多孔性和大比表面积的炭质材料，广泛应用于环境保护、化工、食品、医药等领域。
其优良的吸附性能和化学稳定性使活性炭在处理废水、废气、脱色、提纯等方面发挥着重要作用。
本文旨在深入探讨活性炭的制备方法以及背后的机理分析，从而理解其结构与性能之间的关系，为活性炭的进一步优化和应用提供理论支持。
本文将首先概述活性炭的基本性质和应用领域，接着详细介绍活性炭的制备方法，包括物理活化法、化学活化法以及生物活化法等。
随后，文章将深入探讨各种制备方法的机理，分析活性炭孔结构、表面化学性质与其吸附性能之间的关系。
本文还将讨论活性炭制备过程中的影响因素，如原料性质、活化剂种类、活化温度等，并对活性炭的改性方法进行探讨。
本文将对活性炭的未来发展趋势进行展望，以期推动活性炭制备技术的不断创新和应用领域的拓展。
通过本文的研究，我们期望能够为活性炭的制备和应用提供更为全面和深入的理解，为相关领域的研究者和实践者提供有益的参考。
二、活性炭的制备原料与分类活性炭的制备原料多种多样，主要包括含碳丰富的天然资源和人造材料。
在天然资源中，木材、煤炭、椰子壳、果壳、石油焦等是最常用的原料。
这些原料因其高含碳量和独特的物理化学性质，在活性炭的制备过程中显示出良好的应用前景。
随着环保意识的增强和废物利用技术的发展，一些工业废弃物，如废旧轮胎、生物质废弃物等，也逐渐成为活性炭制备的新原料。
活性炭的分类方法多种多样，根据其制备原料的来源和性质，可以分为木质活性炭、煤质活性炭、果壳活性炭等。
根据活性炭的孔结构和表面性质，可以分为微孔活性炭、中孔活性炭和大孔活性炭。
这些分类方法有助于我们更好地理解和应用活性炭的性质和用途。
活性炭的制备原料和分类不仅影响其制备工艺和性质，也直接关系到其在各个领域的应用效果。
因此，深入研究活性炭的制备原料和分类，对于提高活性炭的性能和应用范围具有重要意义。
三、活性炭的制备方法活性炭的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法和物理-化学法三大类。
氯化锌活化法制备木质活性炭研究
第14卷 第1期2006年2月材 料 科 学 与 工 艺MATER I A LS SC I ENCE &TECHNOLOGYVol 114No 11Feb .,2006氯化锌活化法制备木质活性炭研究张会平1,叶李艺2,杨立春2(1.华南理工大学化工与能源学院,广东广州510641;2.厦门大学化学与生物工程系,福建厦门361005)摘 要:采用氯化锌活化法在不同操作条件下制备木质活性炭产品,通过实验测定相应的活性炭得率及活性炭的碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值.分析研究了氯化锌活化法制备活性炭工艺过程中各种操作参数如浸渍比、活化时间和活化温度对活性炭的得率、活性炭碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值的影响.实验结果表明,浸渍比是氯化锌活化法制备活性炭的最重要的影响因素.综合考虑活性炭的得率和吸附性能受活化操作参数的影响规律,探讨了氯化锌活化法制备木质活性炭的最优操作参数.在实验范围内,选择氯化锌活化法制备木质活性炭的浸渍比100%,活化温度500℃左右和活化时间60～90m in 比较适宜.关键词:活性炭;活化;炭化;吸附;氯化锌中图分类号:T Q351127文献标识码:A文章编号:1005-0299(2006)01-0042-04Prepara ti on of acti va ted carbon from s awdust by chem i ca l acti va ti on w ith z i n c chlor i deZHANG Hui 2p ing 1,YE L i 2yi 2,Y ANG L i 2chun2(1.School of Che m ical and Energy Engineering,S outh China University of Technol ogy,Guangzhou 510641,China;2.Dep t .of Che m ical and B i oche m ical Engineering,Xia men University,Xia men 361005,China )Abstract:Activated carbons were p repared fr om sa wdust by chem ical activati on with zinc chl oride under dif 2ferent operati on conditi ons .The effects of operati on para meters such as i m p regnati on rati o,activati on te mpera 2ture and ti m e on the ads or p ti on p r operties of activated carbonswere measured and analyzed in order t o op ti m ize these operati on conditi ons .The experi m ental results show that both the yield and the ads or p ti on for i odine,methylene blue and phenol of activated carbon can reach a relatively higher value in the che m ical activati on p r ocess under the experi m ental conditi ons that the carbon is activated for 60～90m inutes .with the i m p regna 2ti on rati o of 100%at the activati on te mperature of 500℃which are the op ti m um activati on conditi ons in mak 2ing wood activated carbon .The most i m portant operati on para meter in che m ical activati on with zinc chl oride is the i m p regnati on rati o .Key words:activated carbon;activati on;carbonizati on;ads or p ti on;zinc chl oride收稿日期:2003-02-25.作者简介:张会平(1964-),男,博士,教授. 活性炭作为多孔吸附材料具有丰富的内部孔隙结构和较高的比表面积,微孔孔容和中孔孔容较大,广泛应用于各种工业生产过程之中.按照I U P AC 的规定,微孔是直径为0～2n m 的孔,中孔是直径为2～50n m 的孔,而大孔是直径为大于50n m 的孔.在中国,去年全国活性炭的产量已经达到20万吨,其中约4万吨是木质活性炭.煤、木材和果壳(核)等各种高含碳物质是生产活性炭的主要原材料.活性炭的孔结构特征和吸附特性受到原材料种类和活化工艺方法与工艺参数的影响均较大.活性炭可以简单分为物理活化法和化学活化法两种.物理活化法俗称两步法,先将原料在一定温度下炭化,然后用物理活化剂如水蒸气或二氧化碳在高温下进行活化;化学活化法俗称一步法,化学活化剂如氯化锌、磷酸、K OH 和碳酸钾等与原料混合浸渍后,在一定温度下将炭化活化同时进行.世界各国对活性炭的各种制备方法进行了广泛的研究[1～7].但是,如何优化各种操作参数,根据用户需求生产相应的活性炭产品是一个前沿性的研究课题.本文以福建三明林区的林业废料木屑为原料,采用氯化锌活化法制备木质活性炭,通过测定各种操作参数对活性炭的碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值的影响关系,优化制备活性炭的操作参数,研究探讨制备高性能活性炭的最优操作条件.1 实 验实验所用木屑取自于福建三明林区.通过适当筛选所得木屑尺寸是8×20目,使用前将木屑用水清洗后在120℃干燥24h 备用.采用意大利卡劳尔巴E A /MA1110CH NS/O 元素分析仪对木屑的成分加以分析,分析结果显示,木屑中C,H,N 的含量分别为4816%,613%,0125%.实验所用分析纯氯化锌、碘、亚甲基蓝、苯酚和盐酸等均由上海试剂厂提供.实验装置如图1所示.中心石英反应管处在上海实验电炉厂生产的SK2-2-12H 回转式电炉中间,反应管直径和长度分别为29mm 和790mm.反应器由电阻加热,加热速度为10℃/m in,反应温度用KSJ 温度控制器控制.实验过程中,先将30g 备用的木屑与23m l 不同浓度的氯化锌溶液混合搅拌均匀,浸渍1h,然后在120℃温度下加热炭化12h .随之将以上样品置于反应器中间,在实验设定的温度(300～700℃)下活化30～300m in .图1 活性炭的活化试验装置示意图 活化得到的样品用011mol/L 的HCl 溶液煮沸20m in 后,继续用011mol/L 的HCl 溶液反复清洗,随之用蒸馏水清洗至残液无Cl -检出为止.最后将所得活性炭样品在120℃温度下干燥12h 留作分析检测.活性炭的碘吸附值,亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值是根据中国国家标准G B /T 1249611～22-1991[8]所规定的的标准实验方法测定.2 实验结果与讨论在化学活化法制备活性炭的生产工艺中,即使保证原材料的品质始终如一,活性炭的吸附特性和孔径分布受到各种操作因素的影响都会很大.本文通过分别改变氯化锌对木屑的重量比即浸渍比,活化时间和活化温度来制备活性炭,同时测定不同活化条件下的活性炭得率,以及活性炭对碘、亚甲基蓝和苯酚的吸附值,探讨各种操作参数对活性炭的吸附性能的影响.211 浸渍比的影响浸渍比,即化学活化剂(如氯化锌)与木屑的质量比,是化学活化法(包括氯化锌活化法)制备活性炭工艺过程中最重要的影响因素[5,6].为了解浸渍比对活性炭吸附特性的影响,分别在不同浸渍比条件下将木屑在500℃活化温度条件下活化60m in 制备活性炭,然后测定不同浸渍比下制备所得活性炭的碘吸附值,亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值,实验结果如图2、3所示. 由图2可知,活性炭的得率随着浸渍比的提高而提高,但是当浸渍比增加到150%以后,得率的变化较小,因为得率不可能无休止的增加,受到本身含炭量多少的限制,而且本实验是在较优的温度条件下进行,氯化锌对炭骨架具有保护机能,加上活化时间较短,活性炭的烧失很难发生,同时,在活化过程中,氯化锌具有催化脱羟基和脱水作用,使原料中氢和氧以水蒸气形式放出,并抑制焦油的产生,避免堵塞气孔,从而形成多孔性结构.Ah madpour [5,6]等人认为,氯化锌作为一种Le wis 酸,可以促进芳烃缩合反应,使一部分分子变稳定而减少挥发组分和焦油的形成,从而提高活性炭的得率.由图3可知,随着浸渍比的增加,活性炭的碘值、亚甲基蓝值和苯酚吸附值逐步提高,在浸渍比为100%时达到最大,随后则随着浸渍比的增加而逐步减小,但是,这种减小到一定程度后就变得不明显.结果表明,浸渍比保持在100%时,活性炭的得率、碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值均会处于一个相对较高的值.212 活化时间的影响为了测定活化时间对活性炭吸附性能的影响,将浸渍比固定为100%,活化温度固定为500℃,将木屑活化不同的时间制备木质活性炭,然后测定活性炭的得率、活性炭的碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值,实验结果如图4和图5所示.・34・第1期张会平,等:氯化锌活化法制备木质活性炭研究 由图4可知,活性炭的得率随着活化时间的增加而逐步降低,当活化时间超过120m in后,活性炭的得率基本上不随活化时间的延长而改变,这与氯化锌活化的机理[9,10]是相吻合的,因为在500℃下,氯化锌炭骨架随着活化时间的增加不会改变太多.由图5可以看出,活性炭的碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值,在木屑未完全炭化和活化前的活化时间区间内,活性炭的碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值随着活化时间的延长而逐步增加,增加的速度较快,直到90m in达到一个最大值,随之略有下降,然后都基本上保持不变.活化时间对活性炭吸附性能的影响结果表明在活化初期,木屑炭化后活化反应还没有得到完全,达到一定时间后活化反应进行完全,活性炭的碘值,亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值达到最高,但是随着活化时间的进一步增加,活化反应进行基本完全的活性炭上的炭骨架或多或少的会与氧发生反应生成气体排出,造成活性炭上已有的部分微孔和中孔分别转变为中孔和大孔,使得比表面积降低,其碘值,亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值有所下降,这种下降不明显,原因是实验所选定的活化温度不是很高,在此温度下炭骨架相对比较稳定.以上实验研究表明,在试验范围内,活化时间选择在60～90分钟为宜.213 活化温度的影响为了解活化温度对活性炭得率和活性炭吸附性能的影响,保持浸渍比为100%和活化时间为60m in不变,在不同的温度条件下制备木质活性炭,实验结果如图6和图7所示.由图6可知,活性炭的得率随着活化温度的升高逐步下降,降低速度很快,下降到一定程度以后,也就是活化温度达到600℃以后,活性炭的得率随温度的变化很小甚至是基本不变.由图7可知,活性炭的碘值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值的变化趋势相同,三者均是随着温度的升高而逐步上升,上升速度很快,在500℃温度达到一个最大值,随后则随着温度的升高而逐步降低,但是,这种降低的趋势较慢,幅度较小.这是因为在不同温度下,氯化锌活化法活化过程中的反应机理[10]不同,炭的烧失不同.胡淑宜等人通过热分析法研究氯化锌法生产木质活性炭的热解过程[10]发现,添加氯化锌药品从根本上改变了原木材的热分解历程.在200℃左右,基本上就完成了炭化过程,在400℃之前的一段温度范围内,形成较稳定的凝聚炭结构;在420～520℃,氯化锌药品适宜地侵蚀炭体,造就孔隙,形成发达的石墨微晶结构;温度高于520℃以后,随着温度的升高,在氧的氛围中,氯化锌活性炭结构松弛解体,氯化锌逐渐气化、氧化,失去对炭结构的保护机能,烧失量增大.所以,在高于500℃以上高温下,活性炭的得率较低,而活性炭的亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值则随温度的变化在500℃左右出现最大值,温度过高,活性炭的吸附性能反而下降. 实验结果表明,综合考虑活性炭的得率和活性炭的吸附性能受活化温度的影响规律,在实验范围内,氯化锌活化法制备木质活性炭的活化温度选择在500℃左右为宜.3 结 论1)氯化锌活化法制备活性炭工艺中,浸渍比是最重要的影响因素,活化温度和活化时间其次.2)活性炭的得率随着浸渍比的提高而逐步提高,但是随着活化时间和活化温度的升高而逐步降低.活性炭的吸附性能指标如碘值,亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值都是随着浸渍比,活化时间和活化温度的升高而逐步上升,上升的速度较快,上升到一个最大值后都随之逐步降低,但是这种降低到一定程度后,趋势十分不明显.3)综合考虑活性炭的得率和活性炭的吸附性能,采用氯化锌活化法制备木质活性炭的最优操作参数是氯化锌对木屑的浸渍比为100%,活化时间60～90m in,活化温度500℃.・44・材 料 科 学 与 工 艺 第14卷 参考文献:[1]LUA A C,G UA J,Activated carbon p repared fr om oilpal m st 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NaOH活化法制备煤基活性炭的研究
第33卷 第1期2010年1月煤炭转化COA L CON V ERSIONV ol.33 N o.1Jan.2010*河南理工大学青年基金资助项目和矿物加工学科发展基金资助项目(Z050601).1)博士生;2)教授、博士生导师;3)博士、副教授,河南理工大学材料科学与工程学院,454003 河南焦作;4)硕士生;5)博士生,北京科技大学土木与环境工程学院,100083 北京收稿日期:2009 08 23;修回日期:2009 10 15NaOH 活化法制备煤基活性炭的研究*邢宝林1) 谌伦建2) 张传祥3) 刘 杰4) 徐承焱5)摘 要 以焦作无烟煤为原料,NaOH 为活化剂,采用化学活化法制备煤基活性炭,分别考察了碱炭比、活化温度和活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能和收率的影响;利用低温N 2吸附法对活性炭的比表面积、总孔容及孔径分布进行了表征.结果表明,在碱炭比为4,活化温度为750 和活化时间为1h 的条件下,可以制得比表面积为2483m 2/g,总孔容为1.41cm 3/g,碘吸附值为2530mg/g,亚甲蓝吸附值为418m g/g 的煤基活性炭.关键词 N aOH 活化法,煤基活性炭,吸附性能中图分类号 T Q424.10 引 言活性炭是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料,它具有吸附能力强、化学稳定性好、力学强度高且可再生等特点,被广泛应用于化学工业、医药卫生、食品加工、湿法冶金、军事化学防护、电极材料和环境保护等领域,是国民经济和国防建设以及人们日常生活必不可少的产品.[1 3]其需求量随着社会和经济的飞速发展,呈逐年上升趋势,特别是近年来各国政府都加强了对环境保护和治理的力度,使得国内外活性炭的需求量越来越大.活性炭的制备方法主要有化学活化法和物理活化法,而化学活化法是一种可制备出高比表面积活性炭的有效方法,其中KOH 是最常用的活化剂.[4 7]但与KOH 相比,NaOH 作活化剂制备活性炭具有成本低、环境友好和腐蚀性小等独特优势.传统的活性炭生产普遍采用的是木质原料,但随着活性炭应用范围的日益扩大,需求量的日渐提高,价格昂贵的木材和果壳等原料既受一定的资源限制,能制备活性炭的品种也不齐全.煤不仅是优质的燃料,而且是宝贵的炭材料,是生产活性炭的优质原料之一.我国是世界最大的煤炭生产国,煤炭资源储量丰富,品种齐全,出产可用于制备不同活性炭的各种原料煤,为我国煤基活性炭的生产和发展奠定了基础.而我国煤基活性炭的质量普遍不高,采用化学活化法,尤其是以NaOH 为活化剂制备高品质活性炭的研发较少.鉴于此,本实验以焦作无烟煤为原料,采用NaOH 化学活化法制备活性炭,初步探讨了活化剂与无烟煤的质量比(简称碱炭比)、活化温度及活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能和收率的影响,并对其孔结构进行了表征,为进一步研究与开发煤基活性炭提供实验依据.1 实验部分1.1 实验原料实验选用焦作无烟煤为原料,其工业分析与元素分析见表1.活化剂:氢氧化钠(N aOH ),分析纯.表1 原料煤的工业分析及元素分析(%)T able 1 P rox imate and ultimate analy sisof Jiaozuo anthracite(%)Pr oximate analysisM ad A d V daf FC daf U ltimate analysis,daf CHO *N S 2.2310.327.9392.0791.85 3.073.481.270.33Note:ad Air dried basis;d Dry basis;daf Dry an d ash free basis ;* By difference.1.2 活性炭的制备原料经破碎、细磨、筛分后取粒度为80目~150目的煤样与NaOH 按一定比例混合,放入高温活化釜中,N 2气氛下,以4 /min~5 /m in 的速率升温至400 ,在400 下低温脱水1h,继续升温至700 ~850 后,活化一定时间(0.5h~3h),自然冷却至室温,然后用去离子水洗至中性,150 下干燥2h 即得活性炭样品,具体工艺流程见图1.图1 煤基活性炭的制备工艺流程Fig.1 Pr epar atio n pro cess of co al basedactivated car bo ns1.3 活性炭的表征比表面积及孔结构的表征:活性炭的比表面积及孔结构采用美国麦克公司(M icrom etrics)生产的ASA P-2020型吸附仪测定,以高纯N 2为吸附质,采用容量法在77K 下测定试样的吸附等温线,由所得吸附等温线利用BET (Brunauer Emett T eller )法计算活性炭的总比表面积,由t plot 法计算微孔的比表面积和孔容,用BJH (Barret Jo yner H alen da)及DFT (density functional theor y)法计算中孔比表面积、孔容及孔径分布.吸附性能的测定:分别按照GB/T 7702.7-1997!煤质颗粒活性炭碘吸附值的测定∀和GB/T7702.6-1997!煤质颗粒活性炭亚甲蓝吸附值的测定∀测定活性炭碘吸附值和亚甲蓝吸附值,并以此来评价活性炭的吸附性能.收率的测定:准确称取一定量粒度为80目~150目的干燥基无烟煤及活性炭成品的质量,并根据下式计算活性炭的收率.=m 2m 1#100%式中: 活性炭的收率,%;m 1 无烟煤样的质量,g;m 2 活性炭的质量;g.2 结果与讨论2.1 碱炭比对活性炭吸附性能和收率的影响在升温速率为5 /m in,活化温度为750 ,活化时间为1h 的工艺条件下,考察碱炭比(NaOH /anthracite=1~5,质量比)对活性炭吸附性能及收率的影响.不同碱炭比下活性炭的孔结构参数、收率及吸附性能测定结果见图2和表2.由图2可知,随活化剂用量的增大,碘吸附值与亚甲蓝吸附值迅速增大,当碱炭比达到4时出现拐点,之后开始下降.此现象可解释为:在活化过程中,图2 碱炭比对活性炭吸附性能的影响F ig.2 Effect of ratio o f N aO H to anthracite on adsor ptionpr operties of activated car bons∃ Iodin e ads orption value;% M ethyleneb lue adsorption valu e表2 不同碱炭比下活性炭的孔结构参数和收率及吸附性能T able 2 Po re structure parameters,yield and adsor pt ionpr operties of activated car bo ns at v ario usr atio of N aOH to anthracit eSampleNaOH/anthracite (mass ratio)Specificsurface area/(m 2&g -1)Total por evolume/(cm 3&g -1)Yield/%Iodine adsorp tion value/(mg &g -1)M ethylene blue adsorption value/(mg &g -1)AC75111 9450.5275.63125453AC7521214970.8670.321801216AC753132007 1.1161.132175329AC754142483 1.4158.822530418AC7551522591.2857.202389394新微孔的生成(开孔)和扩孔是同时交叉进行的两个过程.随着活化剂用量的增大,活化反应进行越来越充分,反应物中碳的消耗量急剧增加,形成的孔隙数目增多,碱炭比小于4时,NaOH 在活化过程的开孔作用占主导地位,因此活性炭的比表面积和总孔容不断增大(见表2),其吸附性能也相应提高.当碱炭比大于4后,开孔作用在与扩孔作用的竞争中处于劣势,此时活化过程中扩孔作用占主导地位,因而过量的NaOH 会引起活性炭的过度烧蚀,一些微孔周围的碳骨架塌陷而使部分的微孔连通变成中孔甚至大孔,导致活性炭的比表面积和总孔容趋于减小,碘吸附值和亚甲蓝吸附值也降低.该实验结果与王秀芳等[8]采用KOH 活化法研究所得出的结论一致.从表2可以看出,随着NaOH 用量的增加,活性炭的收率不断减小,这与NaOH 活化法的活化机理有关,采用NaOH 活化法制备活性炭的过程中,主要发生如下反应[9,10]:6N aOH +2C=2Na 2CO 3+2Na+3H 2或4NaOH +C=4N a+CO 2+2H 2O 随着NaOH 用量的增加,活化反应速度加快,选择性活化反应消耗的碳亦随之增加,因此活性炭的收率不断减小.70煤 炭 转 化 2010年2.2 活化温度对活性炭吸附性能和收率的影响在升温速率为5 /min,碱炭比为4,活化时间为1h 的工艺条件下,考察活化温度(700 ~850 )对活性炭吸附性能及收率的影响,结果见表3和图3.表3 不同活化温度下活性炭的孔结构参数和收率及吸附性能T able 3 P or e str ucture par ameter s,y ield and adso rptio npropert ies of activat ed carbons at var iousactivat ion temper atureSample A ctivationtemperature/Specific sur face ar ea/(m 2&g-1)Total pore volume/(cm 3&g -1)Y ield/%Iodine adsorp tion value/(mg &g-1)Methylene blue adsorption value/(mg &g-1)AC704170018340.9765.711989265AC75417502483 1.4158.822530418AC80418002179 1.2457.232316383AC854185021161.1856.822203347图3 活化温度对活性炭吸附性能的影响F ig.3 Ef fect o f act ivation temper ature on adso rptionpropert ies of activat ed carbons∃ Iodine adsorption valu e;% M ethylen eblu e ads orption value由表3和图3可知,随着活化温度的升高,活性炭的碘吸附值与亚甲蓝吸附值先增大后减小,在活化温度为750 时,碘吸附值与亚甲蓝吸附值达到最大,活性炭的收率则随着活化温度的升高而逐渐降低.这是因为存在于活性点上的碳原子与NaOH 反应时仍需要较高的活化能,温度较低时,大多数位于活性点上的碳原子不能得到足够的能量,只有少数碳原子能与NaOH 发生反应;随着活化温度的升高,处于活化状态的碳原子数目越来越多,与活化剂反应速度加剧,选择消耗的碳增多,形成的孔隙数目增加,活性炭的比表面积随之增大,因此对碘和亚甲蓝的吸附量增大,收率也随之减小.750 以后,继续升高活化温度,活化反应进一步强化,过高的温度加剧扩孔作用,致使已生成的部分孔隙结构烧蚀而导致活性炭的比表面积和总孔容减小,吸附性能降低,收率则因碳的进一步消耗而继续减小.2.3 活化时间对活性炭吸附性能和收率的影响在升温速率为5 /min,碱炭比为4,活化温度为750 的工艺条件下,考察活化时间(0.5h~ 3.0h)对活性炭吸附性能及收率的影响,结果见表4和图4.表4 不同活化时间下活性炭的孔结构参数和收率及吸附性能T able 4 Po re structure parameters,yield and adsor pt ionpr operties of activated car bo ns atvar ious act ivation timeSampleActivationtime/hSpecific surface area/(m 2&g -1)Total por evolume/(cm 3&g -1)Yield/%Iodine adsorp tion value/(mg &g -1)M ethylene blue adsorption value/(mg &g -1)AC75400.52164 1.2160.592304364AC7541 1.02483 1.4158.822530418AC7542 2.02237 1.2757.642336391AC75433.021421.1956.352278353图4 活化时间对活性炭吸附性能的影响F ig.4 Effect of activatio n t ime on adso rption pro per tiesof activ ated carbons∃ Iodin e ads orption value;% M ethyleneb lue adsorption valu e由表4和图4可看出,随着活化时间的延长,活性炭的碘吸附值和亚甲蓝吸附值呈先增大后减小的变化规律,在活化时间为1h 时,达到最大值,收率则逐渐减小.产生这种现象可能与反应体系中发生复杂的化学反应有关,在750 的活化温度下,活化反应的初始阶段主要发生的是Na 2O 与碳的反应[10],此时活化剂NaOH 在反应中的开孔和扩孔作用同时交叉进行.活化时间小于1h 时,随着活化时间的延长,消耗的碳逐渐增多,活性炭中的孔隙数目增加,比表面积和总孔容增大,吸附性能也随之提高,收率则减小.随着活化反应的进行,活化程度加深,当活化时间超1h 后,扩孔作用逐渐加剧,反应体系中存在的大量Na 2O 和CO 2与活性炭孔隙周围的具有石墨微晶结构的骨架碳原子发生催化氧化反应,除了会形成部分新的微孔外,还可能破坏部分的碳骨架,使活性炭中一定数量的孔隙结构因过度扩孔塌陷,从而导致活性炭比表面积和总孔容减小,碘和亚甲蓝吸附值降低,收率继续减小.2.4 活性炭孔结构表征在前面分析的基础上,选取吸附性能最好71第1期 邢宝林等 N aOH 活化法制备煤基活性炭的研究(AC7541)和最差(AC7511)的活性炭样品为研究对象,分析活性炭的孔结构.活性炭的N 2吸附等温线见图5,按照国际纯粹化学与应用化学联合会(IU图5 活性炭的N 2吸附等温线Fig.5 N 2adso rption iso ther ms of activ ated carbonsPAC)的分类,两种活性炭的吸附等温线均属于I 型吸附等温线.由图5可知,活性炭样品A C7511的吸附等温线在相对压力p /p 0<0.1时即趋于饱和,而且平台区非常平坦,具有典型的微孔特征;而样品AC7541的吸附等温线在相对压力较低时,吸附量急剧上升,吸附速率相当快,当相对压力p /p 0>0.1后,吸附平台并非呈水平状,而是具有较大斜率的曲线,说明有多层吸附发生,同时出现∋拖尾(现象,表明该活性炭的微孔比较发达,且富含一定比例的中孔结构.采用密度函数理论(DFT )模型拟合吸附等温线得到活性炭的孔径分布(见图6).由图6可知,碱炭比为1时(AC7511),活性炭的孔结构主要以小于2nm 的微孔为主,中孔很少;随着碱炭比的增大,当碱炭比为4时(AC7541),活性炭的孔径分布有了明显的改善,孔径大于2nm 的中孔结构显著增多,这与吸附等温线所表现出的现象相吻合.碘吸附值与亚甲蓝吸附值是评价活性炭液相吸附性能的有效手段,一般认为碘吸附值的大小与活性炭微孔的多少有很好的关联性;而亚甲蓝由于分图6 活性炭的孔径分布F ig.6 P or e size distributio n of activat ed carbons子直径较大,主要吸附在孔径较大的孔隙内,所以其吸附值的大小主要表征活性炭中孔数量的多少.[11,12]由表2可知,碱炭比为1时(A C7511),活性炭的比表面积为945m 2/g ,总孔容为0.52cm 3/g,碘吸附值为1254mg /g,而亚甲蓝吸附值只有53m g/g ,表明该活性炭的孔结构以微孔为主.当碱炭比为4时(AC7541),活性炭的比表面积为2483m 2/g,总孔容为1.41cm 3/g ,碘与亚甲蓝吸附值分别高达2530mg/g 和418mg/g,显示活性炭的孔隙非常发达,且富含一定比例的中孔结构.这与吸附等温线及孔径分布分析所得出的结论完全一致.3 结 论1)碱炭比、活化温度及活化时间等工艺参数是影响煤基活性炭吸附性能和收率的重要因素.随着碱炭比的增大,活化温度的升高或活化时间的延长,活性炭的吸附性能先提高后降低,收率则呈逐渐减小趋势.2)以焦作无烟煤为原料,采用NaOH 化学活化法,当碱炭比为4,活化温度为750 和活化时间为1h 时,可以制得比表面积为2483m 2/g,总孔容为1.41cm 3/g,碘吸附值为2530mg /g,亚甲蓝吸附值为418m g/g 的高品质煤基活性炭.参 考 文 献[1] 沈曾民,张文辉,张学军.活性炭材料的制备与应用[M ].北京:化学工业出版社,2006.[2] 解 强,边炳鑫.煤的炭化过程控制理论及其在煤基活性炭制备中的应用[M ].徐州:中国矿业大学出版社,2002.[3] 张传祥,王海娟,段玉玲等.天然焦基活性炭的制备及其电化学性能[J].煤炭转化,2009,32(3):82 85.[4] Lozano castello D,Lillo rodenas M A,Caz oria am or os D.Preparation of Activated Carb on s from Spanis h Anthractite()):Activation by KOH [J].Carbon,2001,39(5):741 749.[5] Lillo r odenas M A,Lozano castello D,Caz oria am or os D.Preparation of Activated Carb on s from Spanis h Anthractite(∗):Activation by NaOH [J].Carbon,2001,39(5):751 759.[6] 韩 露,李开喜,高 峰.工艺参数及灰分对煤基活性炭吸附性能的影响[J].煤炭转化,2008,31(3):71 76.[7] 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anthr acite,activatio n tem peratur e and activ ation time o n adsorptio n proper ties and yield w ere investigated.T he specific surface area,to tal pore vo lum e and pore size distribution of activ ated carbo ns w ere characterized by low tem pera ture nitro gen adsorption.The results sho w ed that coal based activated carbon could be pr epared w hen the ratio of N aOH to anthr acite w as4,activation tem perature w as750 and activ ation tim e w as1h,w hich specific surface area was2483m2/g,total po re v olume was1.41cm3/g,io dine adsorption value w as2530m g/g and methy lene blue adsor ption value w as418mg/g.KEY WORDS NaOH activation,coal based activated carbons,adsorptio n pro perties 73第1期 邢宝林等 N aOH活化法制备煤基活性炭的研究。
磷酸活化法制备糠醛渣活性炭的研究
磷酸活化法制备糠醛渣活性炭的研究杨巧文;陈思;李鹏飞【摘要】以碘吸附值、亚甲基蓝吸附值及活性炭得率为考察指标,选取对糠醛渣活性炭性质影响较大的浸渍比、磷酸质量分数、活化温度、保温时间4个因素进行L16(45)正交试验对磷酸活化法制备糠醛渣活性炭的工艺条件进行优化.由正交试验结果得到磷酸活化的最佳工艺条件为:磷酸质量分数60％,浸渍比2.5∶1,活化温度550℃,保温1.5h,此条件下制得的活性炭样品的碘吸附值为839.6 mg/g,亚甲基蓝吸附值为260.3 mg/g,得率为46.8％,比表面积为830.20 m2/g,孔容积为0.502 cm3/g,孔径集中在0.8～2.5 nm,具有丰富的中孔和微孔.【期刊名称】《生物质化学工程》【年(卷),期】2015(049)003【总页数】4页(P23-26)【关键词】糠醛渣;活性炭;磷酸活化;正交试验【作者】杨巧文;陈思;李鹏飞【作者单位】中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083;兰州兰石能源装备工程研究院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TQ35糠醛渣是生物质类物质如玉米芯、玉米秆、稻壳等经聚戊糖水解生产糠醛(呋喃甲醛)后产生的生物质类废弃物［1］。
据报道，每生产1 t糠醛就有12～15 t糠醛渣产生，我国糠醛渣年排放量将达到240～300万吨［2］。
糠醛渣大量堆积会对大气、土壤、河流产生污染，一些糠醛厂把糠醛渣掺部分煤作为燃料，不仅无法有效利用还会产生大量污染［3］。
而糠醛渣含有大量纤维素、半纤维素和木质素，具有良好的再利用价值，可利用糠醛渣制取多孔吸附炭材料、改良碱性土壤、矿区土壤修复、农作物培育、化学加工等［4－5］。
国内学者近年来做了大量研究证实了糠醛渣制备活性炭的可行性［6－8］，国外也进行了一些糠醛渣制备活性炭的应用研究，例如用于污水处理去除汞离子［9－11］。
兰炭粉末活化制备活性炭的实验研究
兰炭粉末活化制备活性炭的实验研究蒋绪;侯党社;张蕾;王莹【摘要】以3～6 mm兰炭粉末为原料,用物理法和物理化学法活化制备活性炭,重点研究了时间、温度、水蒸气用量、浸渍比和浸渍时间对成品碘吸附值的影响,并对成品做了性能表征.结果表明,物理活化法可制备出比表面积达463.26 m2/g的活性炭,其碘吸附值达768 mg/g,收率达为46.25％;物理化学法制备的活性炭比表面积为571.31 m2/g,碘吸附值达932 mg/g,收率41.88％.孔径分析结果表明,二者的孔径主要集中在3～8 nm,属中孔发达的活性炭.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)007【总页数】5页(P1375-1378,1575)【关键词】兰炭;活化;活性炭【作者】蒋绪;侯党社;张蕾;王莹【作者单位】咸阳职业技术学院能源化工研究所,陕西咸阳712000;西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055;咸阳职业技术学院能源化工研究所,陕西咸阳712000;西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055;咸阳职业技术学院能源化工研究所,陕西咸阳712000【正文语种】中文【中图分类】TQ424兰炭是低变质煤中低温干馏的固体产品[1,2]，具有固定碳高、孔隙发达、灰分和挥发分低等特点，现广泛应用于冶金、化工、新材料、医药等领域。
在兰炭生产、运输、存放过程中，粒度小于6 mm的兰炭粉末基本被当做低价燃料处理，不仅利用的经济效益较低[2]，而且大量堆积或直接燃烧更会造成粉尘、雾霾等严重的环境污染。
活性炭工业近年来发展迅速，其应用不仅停留冶金、化工、环保等方向，更是扩展到医药、国防、电子等专用领域[3-5]。
但是，目前国内高品质活性炭的原料成本依然较高，制备技术也相对落后。
相较于其他原料，兰炭碳含量更高，灰分和挥发分更低，孔隙结构更发达，价格也更低廉（仅为煤质原料的1/7~1/3）[5,6]，是一种优质的活性炭原料。
活性炭制备实验
活性炭制备实验活性炭作为一种实用性和可靠性高的吸附剂，被广泛应用于水处理、空气净化、废气处理及其他吸附过程中，以最大程度降低污染物的浓度。
为了满足不同应用领域的需求，必须准备合适的活性炭，因此，活性炭的制备就变得非常重要。
一般来说，活性炭的制备可以分为两步：原料的处理和活性改性。
首先，原料（如煤炭、木屑、竹子原料等）必须经过破碎、筛分、洗涤等处理，以提高活性炭的孔隙结构和比表面积；其次，活性改性处理需要根据活性炭的用途选择不同的熔融剂或有机溶剂，使活性炭具有更高的吸附性能和更优良的稳定性。
从有机物中提取活性炭的制备方法可以分为溶剂热解法和固化石油焦热解法。
溶剂热解法是指将有机物溶解于有机溶剂中，并在恒定温度和压力下加热，把碳热解到活性炭中。
固化石油焦热解法是指将石油焦溶解于水溶剂中，然后将溶液高温蒸发，形成粉末形式的活性炭。
活性炭的制备还可以采用化学活性化法。
化学活性化法主要是采用有机酸或锂、钠、钙等因素，通过化学反应改变炭素基体表面的硅酸基或羟基，从而改变活性炭的吸附性能。
此外，近年来，研究者们利用生物技术来制备活性炭也越来越受到重视。
众所周知，生物体可以简单地利用有机物，例如糖、有机酸和氨基酸，生成碳基材料。
与其他制备方法相比，生物技术的优势是比较低的能量消耗和低至无污染。
总之，活性炭的制备方法有很多，但其中最常用的是溶剂热解法和固化石油焦热解法，这两种方法都可以在低成本和低能源消耗下制备出具有高吸附性能的活性炭。
此外，目前研究者们也在研究利用生物技术制备活性炭的应用前景。
通过本篇文章，我们了解到，活性炭的制备是一个复杂的过程，在不同的应用领域应用不同的技术，如溶剂热解法、固化石油焦热解法和化学活性化法，以及最新的生物技术制备方法，都可以制备出具有高吸附性能的活性炭。
另外，为了满足不同应用领域的需求，也需要做一些处理，比如破碎、筛分、洗涤等，以提高活性炭的孔隙结构和比表面积。
总的来说，活性炭的制备方法是值得深入研究的。
果壳活性炭实验报告.
材料学院实验报告实验名称：果壳活性炭的制备与性能报告内容一、实验目的和要求（一）实验目的1、采用磷酸化学活化法制备果壳活性炭，掌握一种木质材料化学活化法制备活性炭的工艺方法。
2、选择不同粒度的材料，采用不同的活化处理工艺制备活性炭，研究原始材料和工艺参数对活性炭性能的影响。
二、实验原理和方案（一）实验原理1、活性炭的性质、原料及其应用活性炭以石墨微晶为基础，性能稳定，可在不同温度、酸碱度的条件下使用，还可再生循环。
原料分为三类：1、木质活性炭2、煤质活性炭3、石油类活性炭4、污泥类活性炭。
活性炭是良好的吸附剂，在食品、制药、化工、电子、黄金、国防等工业部门，以及空气、水净化处理等环境保护中获得了广泛应用。
2、活性炭的制备方法活性炭的制备过程实际上是在高温下通过有机物的热分解和热缩聚作用，使碳原料中的非碳物质以挥发的形式去除，并合理消耗掉原料中一定量的碳，从而形成大量微孔结构的过程。
根据活化方式的不同，活化方法可以分为物理活化法、化学活化法、物理化学活化法和化学物理活化法。
物理活化法可分为炭化和活化两个阶段。
炭化是在惰性气体的环境下，于400℃以上对原料进行热分解处理，将原料中的O和H原子以H2O、CO、CO2、CH4以及小分子醛类等形式除去，也有部分以焦油的形式蒸发除去，排除大部分非碳组分，碳原子不断环化、芳构化，结果是氢氧氮等原子不断减少，碳不断富集，最后形成富碳或纯碳物质。
炭化后的料中含有一部分的碳氢化合物，所形成的额细孔容积小且易被堵塞，所以此时的碳吸附性能较低，需要通过活化提高其吸附性。
活化是利用水蒸气、二氧化碳或空气等氧化性气体与炭化料进行反应，使其具有发达的孔隙结构。
物理活化法制备活性炭的生产工艺简单、清洁，不存在设备腐蚀和环境污染的问题，并且活化无需清洗即可直接使用，但通常需要较高的活化温度和较长的活化时间，能耗也较高。
化学活化法是将原料以一定的比例加入到化学药品中浸渍一段时间，然后在惰性气体介质中加热，同时进行炭化活化，通过一系列的交联或缩聚反应形成丰富的微孔，同时也改变了活性炭表面官能团的类型和数量。
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收稿日期 :2003210216 作者简介 :张会平 (1964 - ) ,男 ,湖北汉川人 ,华南理工大 学教授 ,工学博士 ,主要从事活性炭吸附与催化 ,吸附分 离 ,精细化工等方面的研究工作 。
尺寸通常小于 1. 0 nm[2 ] ,所用活性炭需要微孔比 较发达 。而对于液相脱色精制 ,由于分子尺寸较 大 ,需要使用的活性炭中孔比较发达[15 ] 。活性炭 的吸附特性和内部孔隙结构可以采用不同的方法 进行分析和表征 ,商业上通常采用几个关键的吸 附指标如亚甲蓝吸附和苯酚吸附值来表示活性炭 的基本性能 。如亚甲蓝的分子量为 320 ,亚甲蓝 吸附值的大小在某种程度上反映活性炭内部直径 为 1. 5 nm 左右的孔隙多少 ,在一定程度上反映出 活性炭的液相脱色能力 。苯酚吸附值也是很重要 的一个吸附指标之一 ,苯酚吸附值大小也在一定 程度上反映出活性炭脱出液相中有机物的能力 。 同时 ,活性炭的得率是化学活化法制备木质活性 炭中很重要的一个因素 。
图 1 活性炭的活化试验装置示意图
活化得到的样品用 0. 1 mol/ L 的 HCl 溶液煮 沸 20 min 后 ,继续用 0. 1 mol/ L 的 HCl 溶液反复 清洗 ,随之用蒸馏水清洗至残液无 Cl - 检出为止 。 最后将所得活性炭样品在 120 ℃温度下干燥 12 h 用于分析检测 。
要的影响因素 ,浸渍比次之 。 各因素 的 主 次 顺 序 以 级 差 大 小 由 大 到 小 确
甲
K3
蓝 吸
k1
附
k2
值
k3
R
K1
K2
苯
酚
K3
吸
k1
附
值
k2
k3
R
表 2 按正交表设计的实验方案与结果计算表
A
B
C
浸渍比/ % 活化温度/ ℃ 活化时间/ min
1 (100) 1 1
2 (150) 2 2
3 (200) 3 3
130. 2
127. 1
149. 8
43. 4
42. 4
49. 9
实验装置如图 1 所示 。中心石英反应管处在 上海实验电炉厂生产的 S K222212 H 回转式电炉 中间 , 反应管直径和长度分别为 29 mm 和 790 mm 。反应器由电阻加热 ,加热速度为 10 ℃/ min , 反应温度用 KSJ 温度控制器控制 。实验过程中 , 先将 30 g 备用的木屑与 23 mL 质量分数为 98 % 的磷酸溶液混合搅拌均匀 ,浸渍 1 h ,然后在 120 ℃温度下加热炭化 12 h 。随之将以上样品置于反 应器中间 ,在实验设定的温度 (300～700 ℃) 条件 下活化相应的时间 (30～300 min) 。
科研开发
化工科技 ,2004 ,12 (2) :36～39 SCIENCE & TECHNOLO GY IN CHEMICAL INDUSTR Y
化学活化法制备活性炭的正交试验分析
张会平1 ,叶李艺2 , 杨立春2
(1. 华南理工大学 化工学院 ,广东 广州 510641 ;2. 厦门大学 化学工程与生物工程系 ,福建 厦门 361005)
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第2期
张会平 ,等. 化学活化法制备活性炭的正交试验分析
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1 实 验
1. 1 实验材料与方法 实验所用木屑取自于福建三明林区 。通过适
根据国家标准 GB/ T12496. 1～2221991[16 ]规 定的亚甲蓝吸附值和苯酚吸附值的标准实验方法 测定不同条件下制备所得活性炭的吸附性能 。 1. 2 正交试验方法
化学活化法[17～19 ]制备木质活性炭的工艺过 程中 ,浸渍比 ,活化温度和活化时间对活性炭的吸 附性能有较大的影响 。应用正交试验设计方法可
760 774 909 253. 3 258 303 49. 7
840 791 812 280 263. 7 270. 6 16. 3
417
407
378
423
396
393
386
423
455
139
135. 7
126
141
132
131
129
141
151. 6
12
9
25. 6
得率
/%
43. 3 47. 7 39. 2 41. 7 44. 0 41. 4 46. 4 57. 3 46. 1
当筛选所得木屑尺寸约 1 600μm ,使用前将木屑 用水清洗后在 120 ℃干燥 24 h 备用 。采用意大 利卡劳尔巴 EA/ MA1110 CHNS/ O 元素分析仪 对木屑的成分加以分析 ,分析结果显示 ,木屑中 C、H、N 的 质 量 分 数 分 别 为 48. 6 %、6. 3 %、 0. 25 %。实验所用分析纯磷酸 ,盐酸 ,亚甲蓝等均 由上海试剂厂提供 。
摘 要 :采用正交试验分析法对化学活化法制备木质活性炭的工艺过程进行设计 ,选择浸渍比 ,活 化温度和活化时间 3 个因素 ,3 个水平的正交试验方法进行了相关的实验 。实验结果表明 ,磷酸活化法 制备木质活性炭工艺过程中 ,对活性炭得率影响最大的因素是浸渍比和活化温度 ,对活性炭亚甲蓝吸附 值影响最大的因素是浸渍比 ,对活性炭苯酚吸附值影响最大的因素是活化时间 。综合制备木质活性炭 的得率和吸附性能影响因素 ,浸渍比是化学活化法制备木质活性炭的最重要的影响因素 。
关键词 :活性炭 ;活化 ;吸附 ;正交试验法 ;磷酸 中图分类号 : TQ 351. 27 文献标识码 : A 文章编号 : 100820511 (2004) 0220036204
活性炭具有丰富的内部孔隙结构和较高的比 表面积 ,广泛应用于化工 、制药 、食品和环境保护 等各个领域 。制备活性炭的主要原材料包括煤 、 木材 、各种果壳 (核) 等高含碳物质 。制备活性炭 的方法主要分为物理活化法和化学活化法[1～15 ] 。 物理活化法是将原料先进行炭化 ,然后再用水蒸 气或者是二氧化碳进行活化 。化学活化法是将原 料与化学药品混合浸渍一段时间后 ,将炭化和活 化一步完成 。2002 年 ,我国活性炭的产量已经达 到 20 万 t ,其中木质活性炭约为 4 万 t 左右 。木 质活性炭主要应用于水处理 、化工 、制药和食品等 各种工业中 。化学活化法生产的木质活性炭具有 比较发达的中孔 ,比表面积高和孔容较大等优点 , 广泛应用于各种产品的脱色精制工艺过程中 。采 用化学活化法生产木质活性炭主要有磷酸活化 法[3～10 ]和氯化锌活化法[10～12 ] 两种方法 。同时 , 还有其它的方法如 KO H 活化法[11～13 ] 和 K2CO3 活化法[14 ]等仍处于研究之中 。磷酸活化法制备 木质活性炭相对于氯化锌活化法而言 ,污染较轻 , 得率相对较高 ,越来越得到重视和更广泛地应用 于生产实际中 。
试验指标
亚甲蓝吸附 / ( mg·g - 1)
260 274 312 267 267 347 233 233 250
苯酚吸附值 / ( mg·g - 1)
129 135 153 129 153 141 149 108 129
对指标活性炭的得率 ,以级差定出因素的主 次为浸渍比和活化温度为最重要的因素 ,活化时 间次之 。对于亚甲蓝吸附值和苯酚吸附值两个指 标 ,分别选取每个因素最大的水平 ,即对于亚甲蓝 吸附值为 A2B3C1 ,对于苯酚吸附值为 A2B2C3 。从 k 的计算可看出 ,各因素选取的水平变动 ,指标的 变动大小 ,实际上是不受其它因素的水平变动的 影响的 ,所以把各因素的好水平简单地组合起来 就是最优制备条件 。在实际选取最优制备条件 时 ,还要考虑因素的主次 ,以便在同样满足指标的 情况下 ,对一些比较次要的因素按实际需要选取 水平 ,得到更加符合实际的较好的制备条件 。对 于亚甲蓝吸附值 ,浸渍比是最重要的影响因素 ,活 化温度次之 。对于苯酚吸附值 ,活化时间是最重
7. 5
1 (400) 2 (500) 3 (600)
1 2 3 1 2 3 131. 4
149
126. 7
43. 8
49. 7
42. 2
7. 5
1 (60) 2 (90) 3 (120)
2 3 1 3 1 2 142
135. 5
129. 6
47. 3
45. 2
43. 2
4. 1
846 881 716 282 293. 7 238. 7 55
选用级差分析法对正交试验结果进行分析 。 从表 2 对正交试验的结果分析可以看出 ,第 8 号实验 (A3B2C1) 的得率为最高 (57. 3 %) ,第 6 号实验 (A2B3C1) 的亚甲蓝吸附值为最大 (347 mg/ g) ,第 3 号 (A1B3C3) 和第 5 号 (A2B2C3) 苯酚吸附 值为最大 (153 mg/ g) 。 通过对正交实验数据的计算能找出最佳的工 艺条件 ,也能估计出各因素影响的重要程度 。首 先分析 3 因素对活性炭得率的影响 。表中得率栏 的 K1A (下标 A 表示考虑 A 因素) 为第 1 列 1 水 平对应的第 1 、2 、3 号实验数据相加所得 , K2A为 第 1 列 2 水平对应的第 4 、5 、6 号实验数据相加所 得 , K3A为第 1 列 3 水平对应的第 7 、8 、9 号实验 数据相加所得 ,平均值 K1A = K1A/ 3 , K2A = K2A/ 3 , K3A = K3A/ 3 。级差 R 为 K1A 、K2A 、K3A 中的 最大值和最小值之差 。具体的计算方法如下 。 第 1 列 : K1A = 43. 3 + 47. 7 + 39. 2 = 130. 2