高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究【摘要】本文主要针对煤基活性炭制备工艺进行了深入研究。
在介绍了煤基活性炭制备工艺的概述和应用价值。
接着在详细讨论了煤基活性炭原料的选择与处理、制备工艺的研究、性能测试与分析、在环境治理和能源领域中的应用。
结论部分对煤基活性炭制备工艺研究的现状进行了总结，并展望了未来的发展方向。
最后提出了关于煤基活性炭制备工艺的建议和展望。
通过本文的研究，可以更好地了解煤基活性炭的制备工艺及其在环境治理和能源领域中的应用，为该领域的发展提供理论支持和实践指导。
【关键词】煤基活性炭、制备工艺、原料选择、性能测试、环境治理、能源领域、现状、展望、未来发展、建议、关键词1. 引言1.1 煤基活性炭制备工艺研究概述煤基活性炭是一种通过特定工艺制备而成的高效吸附材料，具有广泛的应用价值。
煤基活性炭的制备工艺研究是为了提高其吸附性能和净化效率，以适应不同环境治理和能源利用需求。
目前，煤基活性炭的制备工艺研究已经取得了一定的成果，但仍存在着一些挑战和问题需要解决。
本文旨在系统地总结煤基活性炭制备工艺的研究现状和进展，探讨其在环境治理和能源领域中的应用前景，为未来的研究和发展提供参考和指导。
通过对煤基活性炭制备工艺的综合分析和评价，旨在为提高煤基活性炭的性能和应用效果，推动其在环境治理和能源利用中的广泛应用。
1.2 煤基活性炭的应用价值1. 环境治理领域：煤基活性炭可以有效去除大气、水体和土壤中的有害气体和重金属等污染物，起到净化环境的作用。
在水处理领域，煤基活性炭被广泛应用于脱色、脱氯、脱臭等水处理工艺中，能够有效提高水质。
煤基活性炭还可以用于污水处理和废气处理等领域，发挥着重要的环境保护作用。
2. 能源领域：煤基活性炭在能源领域也有重要应用价值。
煤基活性炭可以作为传统煤炭的替代品，用于燃烧、发电等能源生产过程中，能够减少对传统煤炭的需求，降低碳排放和减少资源消耗。
煤基活性炭还可以用于储气、储氢等能源转化和存储领域，为能源产业的可持续发展提供支持。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种重要的吸附材料，具有高比表面积、孔隙度大、吸附能力强等优点。
本文对煤基活性炭的制备工艺进行研究。
制备原料：本实验采用的原料为褐煤，煤质为干基灰分12.5%，挥发分45.6%，固定碳34.8%，全硫1.78%，水分1.2%。
制备工艺：将褐煤粉末置于加热炉中进行焦化，焦化过程中，褐煤中的挥发分慢慢被热解出来，同时固定碳逐渐浓缩。
煅烧时分为两个阶段，第一阶段煅烧温度升至300℃，煅烧时间5小时，主要用于除去原料中的水、气态成分和杂质物质。
第二阶段煅烧温度升至800℃，煅烧时间4小时，将固体褐煤焦进行再生，使其分解出一部分孔洞，提高了其比表面积。
在煅烧的第二个时期中，将焦化后的煤粉放置于加热炉中，保持煅烧温度在800℃，加入氮气或水蒸气至2MPa的压力下进行水蒸气或煤气活化。
将煤基原料在800℃高温下气化，使其产生很多孔洞，增加其表面积和孔隙度，提高其吸附性能。
活化后，经水洗、干燥、烘烤后制成煤基活性炭。
控制工艺参数：在煅烧和活化的过程中，要注意控制工艺参数，以保证制备出的煤基活性炭具有较好的吸附性能。
控制的参数主要包括煅烧温度、煅烧时间、流动速率、气氛等。
煅烧温度适合在800℃左右，这样可以保证充分焦化并生成大量活性基团。
煅烧时间在5-6小时内，可以达到焦化的目的。
在活化过程中，气氛要尽量保持惰性气体，以免对煅焦样品产生影响。
流量速率适合在20-30mL/min，可以保证反应充分。
检测煤基活性炭的吸附性能：通过检测制备出的煤基活性炭的吸附性能，可以评价其质量是否合格。
常使用的检测方法有恒重法、氮气吸附法、甲醇蒸汽吸附法等。
其中，氮气吸附法是一种比较直接、简单的检测方法，可以获得煤基活性炭的比表面积、孔径分布、孔体积等指标。
一般来说，制备出的煤基活性炭的比表面积应该在800-1200m2/g之间。
煤基活性炭的制备
困难 ， 增加抄 表率 ， 提高公司的燃气 费回收 。 （） ２ 对于户外安装方式来说 ， 应尽 量做列 ： ①优化设 计 ， 采用合理的管材 和防腐方式 。 ②加强巡视 以及与用户 的沟通 ， 期到 用户家 中 定 进行检查 ， 咨询 ， 时发现问题 。 及 ③由于管道 间设在楼梯 间 ， 必须采 取有 效的保护 措施 ， 如在管道 间上 印制燃气特有 的标 志、 维修 电话及 严禁烟火等 警示标志 ， 管道间上下部 留有 通风孔、 排水
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当水 蒸气 流量从 １７ ｌ ｉ升到 １１ ｌ ｉ ， ０９ｍ／ ｎ ｍ ５７ｍ／ ｎ后 ｍ
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由于上述两种方式各有优缺点 ， 选择何种安装方式 应根据具体实际情况灵活运用 ， 两种方式可单独使用 ， 也 可混合使用 ， 在两种安装方式条件（ 楼房情况 ， 地形等） 均 许可， 且没有特殊要求 （ 用户、 政府要求） 的情况下 ， 主 如 要考虑用户维修及管理方便 ， 建议采用户外安装。
成 型 后 ， 过 晾 干 炭 化 、 化 ， 到 粒 状 活性 炭 。 经 活 得 ２ 结 果 与讨 论
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根据表 ２ 数据 ， 以看 出 ，．７ｒ 可 ００５ ｍ时 的比表面积 ａ 基本 达 到 了 最 高 值 ， ． ３ ｍ 所 对 应 的 值 几 乎 与 ００ ｒ ５ａ ００５ ｍ持 平 ， 以， ． ５ ｍ 较 理 想 ， 实 验 定 为 ．７ｒ ａ 所 ００ ｒ ７ａ 把 ００５ ｒ粒 度 的煤 。 ．７ｔｎ ｕ
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煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究引言活性炭是一种具有优异吸附性能的吸附材料，广泛应用于水处理、空气净化、食品加工、医药等领域。
煤基活性炭是指以煤为原料制备的活性炭，具有丰富的资源、低成本和多孔结构等优点，因此备受关注。
本文将围绕煤基活性炭制备工艺展开研究，探讨煤基活性炭的制备方法、工艺参数优化以及其应用前景。
一、煤基活性炭的制备方法1. 物理法物理法制备煤基活性炭是指利用物理方法进行煤的活化处理，不引入化学试剂。
常见的物理法包括高温蒸汽活化法、热解法和微波活化法等。
高温蒸汽活化法是将煤料置于高温蒸汽中，使煤料结构发生变化，增加孔隙结构，提高活性炭的吸附性能。
热解法则是通过高温热解煤料，使其发生结构改变，在不同温度下制备不同孔隙结构的活性炭。
微波活化法则是利用微波加热技术，使煤料在短时间内快速升温，从而形成活性炭。
2. 化学法化学法制备煤基活性炭是指在煤料活化过程中引入化学试剂进行处理，常见的化学法包括酸碱活化法、盐活化法和气相活化法等。
酸碱活化法是指将煤料浸泡在酸碱溶液中，通过酸碱的腐蚀作用使煤料表面形成大量微孔结构，提高活性炭的比表面积和孔隙度。
盐活化法是将含有碱金属盐的混合物与煤料一起进行高温处理，使煤料活化形成孔隙结构。
气相活化法则是将气体（如二氧化碳、水蒸汽等）引入煤料，在高温条件下使煤料发生活化反应，形成活性炭。
3. 组合法组合法是指将物理法和化学法相结合，利用物理和化学共同作用的方式进行煤基活性炭的制备。
采用酸碱活化法和高温热解法相结合，可以在不同温度下分别进行酸碱处理和高温热解，形成丰富的孔隙结构和独特的表面化学性质，提高活性炭的吸附性能。
二、煤基活性炭制备工艺参数优化1. 原料选择煤基活性炭的原料选择对活性炭的性能具有重要影响。
一般来说，煤基活性炭的原料主要包括无烟煤、褐煤和木质素等，其中无烟煤是较为理想的原料，因其含碳量高、结构致密，制备活性炭具有较高的吸附性能。
2. 活化剂选择活化剂的选择对制备煤基活性炭也具有重要影响。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种具有高比表面积、孔隙度大等优点的重要工业材料。
其制备工艺的研究是制备高品质煤基活性炭的关键。
本文将从煤基活性炭制备的工艺流程、制备工艺参数优化以及材料特性等方面综述煤基活性炭制备工艺的研究进展。
1. 工艺流程煤基活性炭的制备工艺流程主要包括原料处理、干燥、炭化、活化等步骤。
1.1 原料处理煤作为煤基活性炭的主要原料，需要进行物理、化学处理，除去其中的杂质、灰分、硫等，以保证制备出的煤基活性炭品质良好。
此外，原料的粒度大小和煤种选择也会影响活性炭的品质。
1.2 干燥为了避免活化过程中水分蒸发带来的影响，需要将原料进行干燥处理，使其含水率降至一定水平。
1.3 炭化炭化是指在一定条件下将原料进行热解，使其中的有机物转化成碳酸盐以及一部分煤醚。
炭化的条件包括温度、时间、升降温速度等，会直接影响煤基活性炭的孔隙度、比表面积等特性。
炭化后的煤基材料需要进行活化。
活化过程可以分为化学活化和物理活化两种类型。
化学活化是将炭化的材料进行氧化处理，使其中的碳酸盐分解，产生大量二氧化碳和水，从而形成大量的孔隙结构；物理活化则是在相对较高的温度和压力下将炭化的材料与蒸汽或空气等作用剂接触，形成孔隙结构。
活化条件的选择与活化剂的种类、浓度密切相关。
在活化过程中，需要控制的参数包括活化温度、时间、活化剂种类和浓度等。
2. 工艺参数的优化研究表明，煤基活性炭的制备工艺参数对活性炭的孔隙度、比表面积等特性有着十分显著的影响。
下面就几个重要参数进行阐述。
炭化温度直接影响煤基活性炭的孔隙度。
随着炭化温度的上升，煤基材料的孔隙结构不断变大，孔径不断增大，孔隙度也不断提高。
但当炭化温度过高时，孔隙结构的增长速率减缓，同时炭与氧气反应的副反应也会增加，使得孔隙可操作空间缩小，煤基活性炭的吸附性能下降。
2.2 活化温度活化温度也是影响煤基活性炭孔隙度和比表面积的重要因素。
活化温度较大时，孔隙结构增大，但过大的活化温度也会导致孔隙结构破坏，产生孔堵塞现象。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究作者：黄景星来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第05期摘要：本文主要研究分析煤基活性炭的制备工艺，对其活化原理进行详细描述。
为今后煤基活性炭的发展走向提供进一步的研究思路。
关键词：煤基活性炭；炭化；活化活性炭，又称为多孔碳。
其间隙较大，且是一种人工碳材料堆积而成的。
作为碳的一种，活性炭拥有稳定的物理和化学性质，能够承受高温、高压并抗酸碱度。
活性炭不会在水、有机溶剂中消解。
是一种环保的，经济类的材料。
活性炭的制备类材料应用面比较广泛，就原料来说，活性炭的制备原料分类有木制以及煤质类原料。
此外，果壳、秸秆以及纸浆等都可以作为木制原料。
而无烟煤、沥青等则是煤质类原料的绝佳选择。
1 煤基活性炭的制备工艺研究过程1.1 炭化在煤基类活性炭的制备过程中，只有让煤分子结构中的含氧官能团断裂，同时令自由基芳环进行分解聚合，才能让碳的含量大幅度提升，让煤基活性炭的生产流程能够顺利实施。
工艺师需要在活化过程中，仔细研习孔隙碳结构。
总的来说，炭化煤基活性炭的工艺，需要坚决杜绝空气的进入，化学品也不能参与其中，氢、氧等大部分的非碳元素需要不断被分解，此后才能顺利进行炭化。
在炭化的过程中的第一步骤，就是分解，通过气态的方式；其次是自由的碳元素需要进行结合，进而由无序变为有序；第三，通过无序的碳进行填充，才能形成孔隙发达，具有成熟结构的活性炭。
1.2 活化活性炭的主要成分是碳，此外还有少量灰分，是一种类石墨螺层型微晶结构。
赋予炭颗粒活性，使炭形成多孔的微晶结构，具有发达的表面积的过程称为活化过程。
活化过程分为化学活化法以及物理活化法两类。
在化学活化法中，要将化学药剂和含碳物质相互结合。
此类方法制得的活性炭，次微孔发达，多用于液相吸附。
而在物理活化法则是一种气体活化方法，有三个要素需要参与其中，即水蒸气、二氧化碳以及氧气。
此类活化法制得的活性炭，微孔发达，对气相物质有很好的吸附力，当然也可通过控制炭的活化程度而用于液相吸附。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种常见的吸附材料，具有优异的吸附能力和很高的表面积。
由于其制备工艺直接影响到其吸附性能和使用范围，因此对煤基活性炭制备工艺的研究非常重要。
煤基活性炭的制备工艺通常分为两个步骤：炭疽化和活化。
炭疽化是将煤炭高温处理，使其变为炭黑，同时释放出volatile matter。
活化是通过进一步高温处理，使炭黑表面生成大量的微孔结构，从而增加其比表面积和吸附容量。
炭疽化可以通过两种方法进行：物理炭疽化和化学炭疽化。
物理炭疽化是将煤炭加热至较高温度，使其发生干馏，从而分离出volatile matter和炭黑。
这种方法的优点是能够得到高质量的炭黑，但操作条件较为严格，成本较高。
化学炭疽化是将煤炭与化学试剂反应，生成可挥发成分，然后进行热解，得到炭黑。
这种方法的优点是操作条件相对简单，成本较低，但得到的炭黑质量较低。
活化通常可以通过两种方法进行：物理活化和化学活化。
物理活化是将炭黑加热至高温，在活化剂（例如水蒸气、二氧化碳等）的作用下，炭黑表面发生物理变化，生成多孔结构。
这种方法的优点是操作相对简单，产品质量较高，但活化效果较差。
化学活化是将炭黑与活化剂进行反应，在高温下发生化学反应，形成大量的微孔结构。
这种方法的优点是活化效果好，但活化剂的选择和使用需要谨慎，成本较高。
在煤基活性炭制备工艺中，关键问题包括炭疽化温度、炭疽化时间、活化温度、活化时间、活化剂种类和用量等。
通过调控这些参数，可以得到具有不同吸附性能的煤基活性炭。
还可以通过添加助剂、改变煤炭种类等方法来改善煤基活性炭的吸附性能。
煤基活性炭制备工艺的研究对于提高煤基活性炭的吸附性能和扩大其应用范围具有重要意义。
通过调控炭疽化和活化的条件和参数，可以得到具有不同吸附性能的煤基活性炭，满足不同领域和应用的需求。
还可以通过添加助剂、改变煤炭种类等方法来改善煤基活性炭的吸附性能。
希望相关科研人员能够继续深入研究，并开发出更高性能的煤基活性炭制备工艺。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种重要的吸附材料，具有广泛的应用领域，如环境保护、水处理、气相净化等。
煤基活性炭制备工艺对其吸附性能和应用效果具有重要影响。
本文将从煤基活性炭的制备原理、工艺条件和研究进展等方面展开讨论，旨在探讨煤基活性炭制备工艺的最新研究进展和发展趋势。
一、煤基活性炭的制备原理煤基活性炭是在一定的条件下，通过煤的热解、气化和活化等过程制备而成的一种多孔材料。
其原理主要包括以下几点：1. 煤的热解：煤在高温下经过一定时间的加热，发生热解反应，生成固体焦炭和气体产物。
这是煤基活性炭制备的起始步骤。
2. 煤的气化：煤在气化剂的作用下，发生气化反应，生成可燃气体和灰渣。
气化是活性炭制备中的关键步骤，通过控制气化剂的种类和用量，可以调控活性炭的孔结构和表面化学性质。
3. 活化过程：经过煤的热解和气化后，得到的焦炭还不能满足活性炭的性能要求，需要进行活化处理。
活化是指将焦炭与活化剂（一般为水蒸气或二氧化碳）接触，使其在高温下发生气相反应，生成更多的活性位点和孔结构，提高活性炭的孔隙度和比表面积。
在实际生产中，煤基活性炭的制备工艺条件是影响其品质和性能的重要因素。
主要包括原料选择、炭化温度、气化剂种类和用量、活化温度和时间等。
1. 原料选择：煤基活性炭的原料主要是煤，而煤的种类、含量和组成对活性炭的性能有很大影响。
一般来说，煤中挥发分和固体碳含量较高的品种适合制备高孔隙度的活性炭，而灰分含量的增加可能会影响活性炭的孔结构和吸附性能。
2. 炭化温度：炭化温度是指煤在高温下发生热解反应的温度。
合适的炭化温度可以保证煤在热解过程中产生足够的焦炭，并且不会烧穿燃烧室。
一般来说，炭化温度在800 ~ 1000℃之间较为适宜。
3. 气化剂种类和用量：气化剂对活性炭的孔结构和表面化学性质有重要影响。
一般来说，二氧化碳气化得到的活性炭比水蒸气气化得到的活性炭具有更多的微多孔和介孔结构，但水蒸气气化更有利于提高活性炭的表面化学性质。
炭基材料的制备与表征研究报告
炭基材料的制备与表征研究报告摘要：本研究旨在探究炭基材料的制备方法以及其表征技术。
通过对炭基材料的制备工艺、结构特征和性能进行深入研究，可以为炭基材料在能源储存、环境治理和电化学等领域的应用提供理论和实践支持。
1. 引言炭基材料作为一类具有特殊结构和优异性能的材料，在能源储存和环境治理等领域具有广泛的应用前景。
因此，研究炭基材料的制备方法和表征技术对于深入理解其结构特征和性能具有重要意义。
2. 炭基材料的制备方法2.1 碳化法碳化法是一种常用的制备炭基材料的方法，通过高温处理含碳原料，使其发生碳化反应生成炭基材料。
碳化法具有简单、易操作和成本低廉的优点，适用于制备多种炭基材料。
2.2 碳化物模板法碳化物模板法是一种通过利用特定碳化物作为模板，在其表面沉积碳源，然后将模板去除得到炭基材料的方法。
该方法可以制备具有复杂孔结构和高比表面积的炭基材料。
2.3 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过在气相中使含碳前驱体发生热解反应生成炭基材料的方法。
该方法可以控制炭基材料的形貌、孔结构和尺寸，适用于制备纳米级炭基材料。
3. 炭基材料的表征技术3.1 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常用的表征炭基材料形貌和表面形貌的技术。
通过扫描电子束照射样品表面，利用样品表面反射的二次电子和散射电子来获取样品的形貌信息。
3.2 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种用于研究炭基材料内部结构的高分辨率技术。
通过透射电子束穿透样品，利用电子束与样品的相互作用来获取样品的晶体结构和纳米级孔隙结构等信息。
3.3 X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种用于分析炭基材料晶体结构和晶体相的技术。
通过照射样品表面的X射线束，利用样品晶体对X射线的衍射来获取样品的晶体结构信息。
3.4 比表面积分析（BET）比表面积分析是一种用于测定炭基材料比表面积的技术。
通过吸附气体在炭基材料表面的吸附行为，利用吸附等温线数据计算出炭基材料的比表面积。
活性炭制备工艺的研究与改进
活性炭制备工艺的研究与改进活性炭作为一种重要的吸附材料，具有极高的吸附能力和广泛的应用前景，在环保、水处理、医药、食品等领域都得到了广泛地使用。
活性炭的制备工艺对其吸附性能和成本都有很大的影响，因此研究活性炭的制备工艺并持续改进是十分重要的。
首先，我们来了解一下活性炭的制备原理。
活性炭的制备主要有两种方法：物理法和化学法。
物理法是通过加热和脱除材料中的挥发物来制备活性炭，这种方法适用于原料成分单一、挥发性小、碳化温度低的材料。
化学法是在材料中加入化学活性物质，使其在碳化过程中发生反应，并产生孔道结构，以制备活性炭。
化学法的工艺复杂，但可以制备出具有更高孔隙度和特定吸附选择性的活性炭。
在这里我们主要介绍化学法制备活性炭的工艺研究及改进。
目前，化学法制备活性炭主要采用两种方法：磷酸活化法和锌氯脱泡法。
磷酸活化法使用磷酸作为活化剂，可以制备出高比表面积的活性炭，但有烧损严重、成本高等缺点。
锌氯脱泡法则使用锌氯作为脱泡剂，可以制备出孔径分布较为均匀、含氧官能团较多的活性炭，但锌氯的毒性影响环境及人体健康，限制了其推广应用。
因此，我们需要不断通过研究和改进活性炭的制备工艺，以达到经济性、高效性及安全性的要求。
在活性炭的制备过程中，影响活性炭品质的主要因素有原料性质、活化剂种类及用量、碳化温度/time、冷却方式等。
首先是原料的选择，初步选择的原料要求具备较高的碳含量、低的灰分、硫分、氮含量和低的廉价自然性松质煤、木屑、草木等为适宜原料。
考虑到成本和环保，压力过滤机废碳渣等常规工业副产材料也逐渐被引入到活性炭制备中。
对于不同类型的原料，适当的碳化温度和时间也需要进行调整。
在实际制备过程中，需要根据不同原料的性质和要求，进行碳化温度、时间以及热解速率的调控。
其次，活化剂的种类和用量也对活性炭的品质产生很大的影响。
磷酸、氯化锌、钾碳酸、钠碳酸等都是常用的活化剂。
相同用量下，不同活化剂对孔结构和比表面积的影响不同，实验结果表明，磷酸活化法和氯化锌法活化温度分别为700度和900度时制备的活性炭具有较高比表面积，毛细孔为主的孔径分布较窄，互连孔较少，两者均能制备出高孔率及官能团丰富的高质量活性炭。
活性炭制备现状及其研究进展
发 展 动 态
２ ． ３ 化 学 物 理 法
活 化 前对 原 料进 行 化 学 改性 浸 渍处 理 ， 可 提 高原 料 活性 并 在 材料 内部形 成 传输 通 道 ， 有 利 于气 体 活化 剂 进人 孔 隙 内刻 蚀 。化学 物 理 法可 通 过 控制 浸 渍 比和 浸渍 时 间 制得 孑 Ｌ 径 分 布合 理 的活性 炭 材料 ． 并 且所 制得 的活性 炭既有 高 的 比表 面积 又含 有 大量 中孑 Ｌ ， 在 活性 炭 材料 表 面获 得特 殊 官能 团 。 赵 乃勤 等 在 研究 利 用 除尘 灰 制 备 活性 炭 工艺 的过 程 中 ， 发 现炭 粉 先 经 过 常温 氨 盐 浸渍 预 处 理 ， 可 降低 活 性 炭 的灰 分 ， 提 高 活性 炭 的 比表 面 积 。将 其用 于 可 挥发 性 苯 系物 的 吸附 ， 呈 现 出 良好 的 吸附
性能。
２ ． ４ 其 它 制 备 方 法
２ ． ４ ． １ 催 化 活 化 法
金 属及 其 化 合物 对 碳 的气 化 具 有催 化 作用 ， 所用 的金 属 主要有 碱 金 属氧 化 物及 盐 类 、 碱 土金 属 氧 化物 及盐 类 、 过 渡金 属 氧化 物及 稀 土元 素 。采 用催 化 活化 的方 法 可 以提 高活 性炭 的 中孔容 积 。 Ｍａ ｒ ｓ ｈ和 Ｒ ａ ｎ ｄ等人 在 聚呋 哺 甲醇 中掺 人 Ｆ ｅ或 Ｎ ｉ 微 粒后 用 二 氧化 碳 活化 ，制成 中孔发 达 的 活性 炭 纤 维 。 国内刘 植 昌等 以金 属 有机 化合 物 （ 二 茂铁 ） 为添 加剂 ， 加 入 到 中温煤 沥青 中利用 乳 化 法制 成 含 铁沥 青微 球 ， 活 化后 制 得 比表 面积 发达 的沥青 基球 状 活性 炭 。用催 化 活化 法制 得 的活性 炭 中会 残 留部分 金属 元 素 ． 用 于液 相 吸附 、 催 化剂 载体 和 医用 材料 是 不 良因 素 。
煤炭加工废弃物热解制备活性炭的研究
煤炭加工废弃物热解制备活性炭的研究随着能源需求的不断增加，煤炭作为非常重要的一种能源，在我国经济中占据着重要的地位。
但是在煤炭的开采和加工过程中，会产生大量的废弃物。
如果这些废弃物不能得到有效的利用，将导致资源浪费和环境污染，严重影响可持续发展。
活性炭是一种非常重要的环保材料，具有良好的吸附性能、化学稳定性和高表面积等特点，广泛应用于水处理、空气净化、废气净化、食品加工等领域。
与传统的煤炭相比，活性炭具有更高的经济和环境效益，因此制备活性炭已成为广大科学家关注的研究领域。
近年来，研究人员们发现煤炭加工废弃物可以通过热解制备活性炭，这种方法不仅可以实现废弃物的资源化利用，还减缓了煤炭对环境的影响。
煤炭加工废弃物中的有机成分可以通过在高温下热解，使其产生各种化学反应，最终转化为活性炭。
这种方法简单易行，成本低廉，并且不需要使用昂贵的化学药剂，因此备受研究人员们关注。
煤炭加工废弃物热解制备活性炭的实验研究需要考虑多个因素。
首先需要考虑热解温度和时间，这是影响热解反应的两个最重要的因素。
在不同的热解温度和时间下制备的活性炭，其表面积、孔隙大小和吸附性能都有所不同。
因此，热解温度和时间对活性炭的制备过程和吸附性能影响是需要充分考虑的。
其次，还需要考虑煤种选择和炭化条件的影响。
不同种类的煤所含的有机成分不同，因此在制备活性炭时需考虑煤种选择的因素。
此外，制备活性炭的炭化条件对其吸附性能也有很大影响，因此需要充分考虑和优化炭化条件。
在实验研究过程中，还需要考虑其他因素的干扰。
例如，废弃物的水分含量、颗粒大小、形态和硫含量等因素都可能会影响活性炭的制备和吸附性能。
因此，在实验研究中还需要充分考虑和控制这些干扰因素，以保证活性炭的制备过程和吸附性能的准确性和可靠性。
总的来说，煤炭加工废弃物热解制备活性炭是一种非常有前途的环保技术。
随着我国环保意识的不断提升，这种技术的应用前景将越来越广阔。
因此，通过对热解温度、热解时间、煤种选择、炭化条件和其他干扰因素的研究和控制，将有助于更加高效地制备活性炭，实现废弃物的资源化利用和环境保护的双重目的。
煤基活性炭的制备研究进展
３ ２
四川化 工
第ｌ ６卷
２ ０ １ ３ 年 第 １期
３ 活化
活化是在炭化形 成的孔隙基础上 ， 进一步扩孔 而提高 炭 的活性 的过程 ， 是 由半 焦变成 煤 焦的过 程 ， 主要以缩聚反应 为主 。在高温的条件下 ， 由炭化形 成 的微 晶与活化 剂 进 行反 应 ， 微 晶 的不 均 匀燃 烧 导 致新孔隙的出现 ， 在整个活化过程中孔隙不断加宽 ， 相邻微孔之间的壁完全被烧毁而形成较 大的孔 隙， 原来闭塞的孔开放， 使碳表面受侵蚀的细孔结构更 发 达 。
化学活化剂。
复合活化法是将物理活化和化学活化法的优点 结合 起来 而形成 的技 术 ， 近 些 年 来 被广 泛 的应 用 于 煤基 活 性 炭 的制 备 中 。Ｊ ． Ｇａ ｎ ａ ｎ等口 Ｂ ］ 在 使 用 复 合 活 化法制 备活 性 炭 的研 究 中 ， 首 先 采用 了 ＫＯＨ 为 活 化 剂对 褐 煤 进 行 活 化 ， 然 后 在 Ｎ。 气 氛 中 进 行 炭 化， 最后 以空 气 为 活 化 剂 对 炭 化 料 进 行 物 理 活 化 。 研究表明， 在化学活化 中的最佳 Ｋ Ｏ Ｈ 浸渍 比率为 ３ ： １ ， 物理 活化 时 的最佳 温 度 为 ８ ０ ０ ￣８ ５ ０ 。 Ｃ， 此 时 可 制得比表面积为 ２ ３ ４ ６ ｍ ／ ｇ ， 体积为 １ ． ０ ２ ｃ ｍ ３ ／ ｇ的高 孔 隙 活性 炭 ， 以空 气 为 活 化 剂 的 物理 活化 能 使 Ｋ Ｏ Ｈ活化后 的活性炭 的组织结构能到 明显改善。 Ｉ ． ｅ ｅ 等 在探究预处理 和活化条件对活 性炭性能 影响的研究时发现 ， 以Ｃ Ｏ ｚ 为活化剂 ， 与没有采用化 学处理制备的活性炭相 比， 采用化学处理后所 得的 活性炭的比表面积将会有 ３ Ｏ ９ ， ６ 的提高， 化学处理的 作用主要表现在对 活化程度 的影响 ， 所 以它会使 活 性炭 的 孔 体 积 增 加 的形式被释放出来 ， 然后是 自由的碳元 素相 互 结合 ， 形成 以石墨微 晶单元形式 的有序结构 ， 同时 无 序 的碳 则 填充 在无 规 则 的 晶格 间 ， 最 后 只有 通 过 活化才能产生出具有高度发达孔结构的活性炭。 煤基 活性炭生产过程 中的炭化过 程中， 采用不 同的炭化升温速度及终温 ， 生产所得 活性炭性能也 各 有差 异 。研究 表 明 ， 炭 化升 温速 度 主要 是 对 炭 素 前驱体的微 晶结构有较大影响ｌ ＿ ４ ］ 。而炭素前驱体是 碳 材料 被加 热 到 ５ ０ ０ ￣ Ｃ左 右进 行 炭 化 的过 程 中生 成 的。Ｊ ａ ｎ ｋ ｏ ｗ ｓ ｋ ａ 等＿ ５ ］ 认为高的升温速度对微 晶结构 有序化有不利影响。因为在 固相中 自由基移动慢 ， 没有足够时间进行有序化 ， 同时 ， 在 高升温速度下 ， 会在短时间内析出大量的挥发分 ， 结果 生成较大 的 孔隙， 而且炭化反应产物 的反应性 也 比慢速升温时 高。值得注意的是 ， 高 的升温速度 也对 活性炭 的强 度不利 。而炭化温度直接关系到碳化料 的孔结构及 强度。炭化温度过高 ， 会使微孔体积显著降低 ， 但会 使其强度增加。大量试验研究表 明， ６ ０ ０ ＇ Ｃ 是炭化的 最佳温度 。在炭化过程中还要 防止 氧化 ， 否则 会影 响能形成孔隙的碳结构的生成 。
煤基活性炭生产及技术工艺研究
281随着社会经济的发展应用范围不断扩散，煤炭资源丰富、稳定、价格低廉，将其作为活性炭的原料能够在以往的基础上进一步提升活性炭的性能。
为此，文章结合实际就煤基活性炭生产工艺的应用问题进行探究。
1 煤基活性炭生产原理煤基活性炭是以煤为基本原料加工制作而成的高技术含量、高附加值的煤炭深加工产品，经过加工之后产品本身会具备更优良的孔隙结构和吸附性能。
从实际生产情况来看，煤基活性炭的生产具体包含准备煤炭、煤炭成型、煤炭碳化处理等几个方面。
结合活化方式的不同，煤基活性炭还可以具备被划分为物理、化学和物理化学综合活化法，而常见的生产工艺以物理活化法为主，具体细化为破碎活性炭生产工艺、成型活性炭生产工艺和粉质活性炭生产工艺。
第一，破碎活性炭 。
破碎活性炭的生产是在对原煤破碎处理之后通过炭化、活化、破碎、包装等方式加工生产的过程。
第二，柱状活性炭生产工艺。
柱状活性炭生产所应用的材料以太西无烟煤为主，在经过生产加工之后会制造出活性炭孔孔隙分布合理的活性炭。
第三，压块活性炭。
压块活性炭工艺主要是指将选择出的原煤按照一定比例混合后采取措施破碎到粒度大小为2mm，并在其中加入煤沥青的粘结剂。
这类粘结剂在15-50Mpa压强和一定温度下会形成多种形状的活性炭产品。
压块活性炭的制备工艺和其他活性炭制备工艺相比具有节省燃料、环境污染小、吸附能力强的优势。
2 压块煤基活性炭生产技术分析2.1 原煤性质对煤基活性炭质量和产量的影响在一般情况下，所有的煤炭都能够被作为生产活性炭的重要材料，但是为了能够提升煤基活性炭的性质需要选择适合的煤质工艺。
国内活性炭企业大多采用了水蒸气活化工艺和无烟工艺来制作柱状活性炭。
2.2 多项生产工艺的开发应用压块一般具备可配煤的特点，在使用的过程中突破了以往煤质特性对产品性能的制约，且在煤质活性炭加工生产的过程中还可以添加化工材料，从而提升煤质活性炭的性能。
在科技的支持下，相关人员借助压块机对压块煤基活性炭的参数信息做出了调整，由此在以往的基础上进一步增强了压块煤基活性炭的性能。
煤基活性炭的定向制备与再生研究
煤基活性炭的定向制备与再生研究摘要：对煤基活性炭生产过程中炭化与活化的机理展开了详细的分析和论述，同时分析了制备过程中影响质量的因素，并且具体分析了活性发电极材料的定向制备。
介绍了活性炭再生以及评价方法，为煤基活性炭的快速发展提供参考。
关键词：煤基活性炭；炭化；活化；再生引言：活性炭又叫多孔炭，是一种具有高度发达的孔隙结构和极大表面积的人工炭材料，其物理化学性质稳定，耐酸碱，能经受水湿、高温及高压，不溶于水和有机溶剂，使用失效后可以再生，是一种循环经济性材料。
并且活性炭的制备原料十分广泛，主要分为木质类和煤质类原料。
木质类原料主要有果壳，农作物秸秆及纸浆废液等；煤质类原料主要有褐煤，无烟煤，焦炭煤及石油，石油沥青焦等。
一、煤基活性炭的生产1、炭化煤基活性炭的生产工艺中，炭化的主要目的是使煤分子结构中的含氧官能团断裂并使得自由基芳环进行分解聚合，从而可以增加碳的含量，为活化过程中需要形成的孔隙碳结构进行培育。
煤基活性炭的炭化过程，简单的说就是在隔绝空气，不加入化学品的条件下热解。
炭化过程首先是包括氢、氧等大部分的非碳元素经过分解之后，以气态的形式释放，之后一些自由的碳元素互相结合，形成有序结构，也就是石墨微晶单元形式，然后，那些无序的碳就可以填充进去，经过活化之后形成发达的空隙结构活性炭。
2、活化煤基活性炭的活化过程就是利用水蒸气和二氧化碳等对碳进行弱氧化的过程。
活化过程分为化学活化法和物理活化法，所谓化学活化法是将化学药剂与含碳的物质进行混合，然后结合炭化进行活性炭的生产；而物理活化法是利用水蒸气和二氧化碳、氧气等与含碳物质炭化之后产生的半焦进行反应的一种活化方法，它也是生产中常用的方法。
二、影响煤基活性炭质量的因素1、原料煤性质煤基活性炭的生产以及活性炭质量的主要影响因素就是原料煤的性质，原料煤性质不同会对活性炭的质量造成不同的影响。
比如说不同的煤种中，含有碳、氢、氧的含量不同，煤的化学结构也不同，因此在炭化后产生的半焦的特性就不同。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究1. 引言1.1 研究背景深入研究煤基活性炭制备工艺，优化生产工艺，提高活性炭的吸附性能和稳定性，对于推动煤基活性炭行业的发展具有重要意义。
通过研究煤基活性炭的性质及应用，分析制备工艺中的关键环节，探讨影响活性炭性能的因素，进行工艺优化和改进，将有助于提高煤基活性炭的质量，提升其在环境保护中的应用效果。
为此，本文旨在深入探讨煤基活性炭制备工艺的相关研究，总结现有研究成果，展望未来的发展方向，为我国煤基活性炭产业的快速发展提供理论和实践支持。
1.2 研究目的煤基活性炭制备工艺研究的目的是为了探究制备煤基活性炭的最佳工艺条件，提高活性炭的吸附性能和使用效率，进一步拓展活性炭在环境领域的应用。
通过深入研究煤基活性炭的性能、制备工艺以及影响因素，可以为环境治理、废水处理、空气净化等领域提供更加可靠和高效的活性炭材料。
研究煤基活性炭制备工艺还可以推动活性炭制备技术的创新和进步，促进活性炭产业的发展，为社会和环境可持续发展做出贡献。
深入研究煤基活性炭制备工艺的目的不仅在于提高活性炭的性能和应用效果，更在于推动整个活性炭行业的发展，为解决环境问题和改善生活质量提供有力支持。
1.3 研究意义煤基活性炭的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 煤基活性炭具有丰富的资源储备和成本较低的优势，制备工艺的研究可以有效利用煤炭资源，提高资源的综合利用效率。
2. 煤基活性炭在环境保护中具有重要作用，研究其制备工艺可以提高其在废水处理、废气治理等领域的应用效果，降低环境污染。
3. 煤基活性炭制备工艺的研究可以为相关领域提供技术支撑和参考，推动煤基活性炭在环境保护领域的广泛应用和推广。
煤基活性炭制备工艺的研究具有重要的意义，对于提高煤基活性炭的性能和广泛应用具有重要的推动作用。
【2000字】2. 正文2.1 煤基活性炭的性质及应用煤基活性炭是一种具有高孔隙结构和较多表面活性位点的炭材料，具有较大的比表面积和很好的吸附性能。
煤基炭材料研究进展
为了合理选择、保管和使用固体炭质原料，一般会按其所含无机物杂志的多少，将其分 为少灰原料和多灰原料，少灰原料包括石焦油、沥青等，其灰分含量一般低于 1%；多灰原 料包括冶金焦、煤炭等，其灰分一般为 10%左右。
1.3 炭材料的基本生产工艺
炭材料的基本生产工艺流程如下图 1。主要包括炭质原料的预处理（预碎、煅烧或烘干）， 炭质原料的破碎、磨粉和筛分分级，炭质原料的配料，加入黏结剂并进行混捏，混捏后糊料 成型，成型生坯的焙烧，为提高炭材料的密度和强度，对焙烧坯进行高压浸渍和二次焙烧循 环密实化处理，焙烧品的石墨化。
前言
我国煤炭资源丰富且种类繁多，已探明可直接利用的煤炭储量 1886 亿吨，人均为 145 吨，按人均年消费煤炭 1.45 吨，可以保证开采上百年。煤炭含碳量高，在自然界中储量丰 富，价格低廉，因而以煤为主要元料制备的煤基炭材料已成为炭材料中的重要组成部分。煤 炭不仅是我国经济发展的能源基础，也将成为开发新型炭材料和复合材料的重要原料。高效 合理地利用我国西部地区的丰富煤炭资源对于实现国家西部大开发的战略目标具有不言而 喻的重要现实意义。
1.1 碳的存在形式和结构
碳在自然界分布十分广泛，以单质和化合物两种形态存在。在自然界中存在的碳单质有 金刚石、天然石墨和煤炭三种形态。碳的化合物数以万计，它是地球上形成化合物最多的元 素。碳的物理化学性质取决于其晶体结构，从晶体结构上讲，通常所说的炭材料都是以石墨 微晶为基础结构的，不过在各种炭材料中，微晶的尺寸和微晶的三维排列的有序程度有相当 大的差别。根据现代结构分析研究，证明无定形碳也是一种警惕，只是很小，属于微晶型碳， 无定形碳在适当的条件下有时可以转化为石墨，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。
人类对煤基炭材料的使用从远古就已开始，并在使用过程中不断改进性能、创新品种。 到 21 世纪的今天，煤基炭材料已被广泛应用与化工、环保、冶金、机械、航空、航天和半 导体等领域，产品种类多，性质各异[2-4]。
活性炭制备及其活化机理研究进展
活性炭改性
为了提高活性炭的吸附性能或满足特定应用需求，通常需要对活性炭进行改 性处理。改性方法主要包括氧化、还原、掺杂、接枝等。
氧化改性
氧化改性是指利用氧化剂对活性炭进行改性处理，常用的氧化剂有臭氧、过 氧化氢等。氧化改性可以增加活性炭的表面官能团数量和种类，从而提高其研究和实际应用中都具有重要意义。通 过对制备工艺和机理的深入了解，可以更好地优化活性炭的性能，拓展其应用领 域。随着科技的不断进步和研究技术的不断创新，未来对活性炭制备及机理的研 究将更加深入和精细化，为实现活性炭的高效制备和广泛应用奠定坚实基础。
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热解法是以有机物为原料，在高温下热解生成活性炭。该方法的优点是产品 比表面积高、孔径分布均匀，但设备投资较大、操作成本较高。
活性炭的制备机理主要涉及物理和化学两个角度。从物理角度来说，活性炭 的制备过程中会发生物理吸附和结晶过程。原料中的有机分子在高温下热解成碳 原子，碳原子进一步聚集形成石墨微晶，最终形成活性炭的物理结构。从化学角 度来说，活性炭的制备过程中会发生一系列的氧化还原反应。原料中的有机分子 在高温下与氧气、氢气等反应，生成二氧化碳、水等无机物，同时碳原子被还原 成石墨结构，进一步形成活性炭的化学结构。
活性炭活化机理
活性炭的活化机理主要涉及表面官能团形成、孔隙结构演变和比表面积增加 等方面。表面官能团形成主要是指炭表面含氧官能团（如羧基、酚羟基等）和含 氮官能团（如吡啶氮、氨基等）的形成过程。这些官能团可以提供额外的吸附点， 提高活性炭的吸附性能。孔隙结构演变主要是指在活化过程中，炭材料内部逐渐 形成和扩展孔隙结构的过程。
基于活性炭制备工艺及机理分析，可以提出以下优化建议：首先，针对不同 原料和不同制备方法，优化反应温度、时间、气氛等参数，以提高产品的吸附性 能和比表面积；其次，添加催化剂或助剂，改善制备过程中的化学反应和物理结 构，从而提高活性炭的孔径分布和比表面积；此外，实现活性炭的表面改性，提 高其在特定应用领域中的吸附性能和稳定性。
煤基活性炭制备工艺研究
煤基活性炭制备工艺研究1. 引言1.1 背景介绍煤基活性炭是一种重要的吸附材料，具有良好的吸附性能和化学稳定性，被广泛应用于环境保护、水处理、食品工业等领域。
煤基活性炭的制备工艺对于其性能和应用起着至关重要的作用。
随着环境污染日益严重和资源紧缺问题的加剧，对煤基活性炭制备工艺的研究与优化显得尤为重要。
煤基活性炭制备工艺涉及原料选择、炭化过程、活化方法等多个环节，不同的工艺参数会对活性炭的表面积、微孔结构、吸附性能等产生影响。
深入研究煤基活性炭制备工艺的优化和影响因素对于提高活性炭的性能，降低生产成本具有重要的意义。
本文将针对煤基活性炭的制备工艺进行系统性的研究和总结，探讨工艺参数的影响因素，分析煤基活性炭在环境保护、水处理等领域的应用现状，为进一步提高活性炭的性能和拓展其应用领域提供参考和借鉴。
1.2 研究意义煤基活性炭是一种重要的吸附材料，在环境保护、水处理、气体净化等领域具有广泛的应用。
研究煤基活性炭制备工艺的意义在于优化其制备方法，提高其吸附性能和利用率，降低生产成本，推动活性炭在各个领域的应用。
研究工艺参数的影响因素可以为工业生产提供科学依据，促进活性炭技术的发展与进步。
通过对煤基活性炭制备工艺的深入研究，可以提高其在环境治理和资源循环利用中的应用效果，为解决环境污染和资源短缺问题做出贡献。
对煤基活性炭制备工艺进行系统研究具有重要的理论和应用价值，对促进我国相关产业的发展具有积极的意义。
2. 正文2.1 煤基活性炭的制备方法煤基活性炭的制备方法主要包括物理方法和化学方法两种。
物理方法是通过物理活化剂对煤进行热处理，使其形成多孔结构，增加表面积和活性。
常见的物理活化剂有水蒸气、二氧化碳等。
物理方法制备的活性炭一般具有孔隙分布广泛、孔径均匀等特点。
化学方法是将煤与化学活化剂一起处理，通过化学反应使煤发生结构改变，生成活性炭。
常见的化学活化剂有氢氧化钾、氯化锌等。
化学方法制备的活性炭通常具有高比表面积、高孔隙度等特点。
高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展
高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展
王大春;童仕唐;张海禄;胡新亮
【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(026)003
【摘要】就制备高性能活性炭的炭化料作了综合论述,介绍了原料的选取、炭化路径及其速度的控制、煤的氧化改性和化学药剂的添加等因素对炭化物结构的影响.【总页数】3页(P251-253)
【作者】王大春;童仕唐;张海禄;胡新亮
【作者单位】武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北,武汉,430081;济南钢铁集团公司技术中心,山东,济南,250000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ424.1
【相关文献】
1.煤基活性炭的制备及其性能影响因素的研究进展 [J], 杨媛;吴元勇;刘伟
2.外热式炭化炉制备柱状活性炭炭化料的应用实践 [J], 王娟
3.煤基活性炭制备及其电催化应用研究进展 [J], 蔡春蕾;耿晶;许心雨;张慧娟
4.煤基活性炭制备及其电催化应用研究进展 [J], 蔡春蕾;耿晶;许心雨;张慧娟
5.内热式焦化炉生产煤基活性炭炭化料的工艺控制 [J], 戴俊华;武亮;王永刚
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第26卷第3期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol.26,No.32003年9月J.of Wuhan Uni.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition )Sep 2003 收稿日期:2003-04-10 作者简介:王大春(1976—),男,武汉科技大学化工与资源环境学院,硕士生1高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展王大春1,童仕唐1,张海禄1,胡新亮2(1.武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北武汉,430081;2.济南钢铁集团公司技术中心,山东济南,250000)摘要:就制备高性能活性炭的炭化料作了综合论述,介绍了原料的选取、炭化路径及其速度的控制、煤的氧化改性和化学药剂的添加等因素对炭化物结构的影响。
关键词:活性炭;炭化;炭素前驱体;非石墨化炭中图分类号:TQ424.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3090(2003)03-0251-031 问题的提出当今,随着活性炭需要量的增加和用途的扩大,生产活性炭的主要原料已经由木材、果壳等转向煤炭。
用煤炭生产活性炭与其他含碳物质一样,都是在几百度温度下炭化,然后再活化而制得的。
原材料的炭化是经过热分解放出挥发分,氢与氧绝大部分呈气体的形态脱离,碳则以石墨微晶的形式残存,这些微晶之间相互的配向不规则,各个微晶之间存在着间隙,从而形成初始孔隙,为活化创造条件。
原料的炭化温度一般在(500～800)℃的范围内,在这个温度下形成的炭并不是完全的炭,而是被称为炭素前驱体的物质。
“炭素前驱体”的结构基本上决定了再处理(再经更高温度处理)炭的结构。
炭素前驱体是一种“无定型炭”,它是“由数层的炭网平面组成的微晶群和其他未组成层的单个网状平面以及无规则炭三部分组成”。
这三部分含量的多少以及由此决定的网平面重叠程度的大小,可以将无定型炭分为“易石墨化炭”和“难石墨化炭”。
同时这三部分含量的多寡最终决定了吸附性能的好坏,要使其具有高吸附性能,则需要构成多孔性。
为了满足这个条件,从理论上说,活性炭微晶结构必然是非平面化的组成成分的无规则排列的结果。
活性炭的微晶结构是典型的无定型结构,并且石墨化度越低,层间距d 002值越大,比表面积就越大,吸附性能越高。
邱介山[1]用X 射线技术研究了碳分子筛的微晶结构,发现碳分子筛的微晶结构是典型的无定型碳结构;解强等[2]发现,活性炭微晶的层间距d 002越大,微晶尺寸L c 和L a 越小,活性炭的吸附性能越好;牟应蓉[3]在X 射线衍射分析的基础上,又计算了活性炭微晶结构的石墨化度g ,发现微晶结构的不规则程度越大,即层间距越大,活性炭的吸附性能越大;反之,吸附性能越小。
由此可见,要制备高质量的活性炭,炭化料的制备是关键。
本文就高质量煤基活性炭炭化料制备的几个问题进行探讨。
2 制备高性能活性炭炭化料2.1 原料的选择在活性炭的生产中一般选用煤化度较浅的无粘结性煤,如褐煤、不粘煤、弱粘煤为原料。
因为煤的组成中含有纤维素炭、丝炭较多,加热时比较容易形成微晶的杂乱排列和较多的孔隙结构,在生产过程中不需特别加工。
如果用粘结性煤,如气煤、肥煤、焦煤、瘦煤制造活性炭,则要对原料进行变性处理。
这种煤是所有煤中最缺乏孔隙结构、内表面积最小和反应性最低的一种煤。
老年无烟煤煤化度最深,其基本微晶中石墨层状排列比较规则,这对制造活性炭是不利的,所以选用年轻的无烟煤,它既具有含碳量高、挥发分适中的优点,又具有加热不产生煤焦油、物料不粘结、不膨胀、不易形成微晶规则排列的石墨化结构等好处,比较容易制造出优质的活性炭。
另外,灰分也是选择活性炭原料方面的一个重要指标,原料中的无机成分在炭化过程中几乎不减少而残存于炭化料中,当原料中的灰分为1%时,若炭化得率为20%,则炭化料中的灰分将为5%;如用该炭化料生产活性炭,假设活性炭的得率为50%,则活性炭的灰分含量将达到10%。
由于灰分几乎没有吸附能力,它与灰分为零的场合比较,单位质量活性炭的吸附能力就降低10%左右,因此要求原料中的灰分尽可能少。
对灰分较高的煤样,可以在炭化前用HCl 2HF 脱灰。
2.2 炭化路径及其升温速度的控制含炭材料通过加热处理进行炭化的过程中,在达500℃左右的加热条件下,生成“炭素前驱体”。
根据微晶排列取向性的差异,把炭素前驱体分为两类:择优取向性好的易石墨化炭和没有取向性的难石墨化炭。
炭素前驱体的结构特征决定了进一步热处理后所得的炭素材料的结构。
取向性好的易石墨化的炭素前驱体进一步加热经石墨化过程可得到石墨炭。
取向性差的难石墨化的炭素前驱体即使在很高的高温处理后,其石墨化程度也很低。
因此,可以认为,经低温炭化过程得到了哪种低温型炭素前驱体,那么在进行高温处理时,除非采用特殊的处理方法,否则只能出现与其低温型相对应的高温型结构。
所以,为了制取具有任意结构、进而具备任意物性的炭素前驱体,关键在于控制在到达低温型结构以前的过程以及以化学反应为主的所谓炭化过程。
含炭材料的炭化可分为三条途径,即气相炭化、液相炭化和固相炭化。
含炭材料的具体炭化路径取决于含炭材料的熔点、沸点和炭化反应的起始温度等。
在炭化温度下,含炭材料以气相存在,所进行的炭化过程为气相炭化;含炭材料以液相存在,所进行的炭化过程为液相炭化;含炭材料以固相存在,所进行的炭化过程为固相炭化。
对制固体多孔性吸附材料,有意义的炭化主要是固相炭化。
对无高度取向结构的原材料,经固相炭化,一般成为取向性差、难石墨化、各向同性的炭素前驱体。
炭化升温速度对炭素前驱体的微晶结构有很大的影响。
对粘结性煤,由于是液相炭化,在可塑区内,特别是在原料煤的软化熔融带,采取缓慢加热升温,将煤中粘结性成分从低温区徐徐分解析出,使颗粒固化,从而避免熔融、粘结、膨胀。
提高升温速度会增加胶质体的生成量,扩大原料煤的软化、固化温度间隔。
由于升温速度的提高,可使煤的热分解速度加快,短时间内产生较多合适的游离基,而且气体的析出速度和胶质体的流动性增加,有利于中间相的生长和炭素前驱体石墨化度的提高,但不利于活性炭孔隙结构的发育。
因此,用粘结性煤为原料时必须避免快速升温。
对于非粘结性煤,由于是固相炭化,提高升温速度却有相反的结果。
Jankowska等[4]认为,高的升温速度对微晶结构的有序化不利。
这是因为在固相中进行,自由基移动慢,没有足够的时间有序化,同时,高的升温速度会在短时间内析出大量的挥发分,结果生成大的孔隙,而且炭化反应产物的反应性也较慢速升温时高(这是因为大的孔隙和微晶结构的有序化程度低的缘故)。
但值得注意的是,高的升温速度对活性炭的强度不利,升温速度提高,炭化产物的强度下降。
2.3 对煤进行氧化以控制炭化物的结构张双全等[5]用KNO3以水溶液的形式与煤粉混合搅拌均匀,在650℃条件下炭化30min后得到易于孔隙良性发育的炭化料。
究其原因,是因为煤中存在大量的毛细孔道,大部分KNO3溶液在与煤的混合过程中渗透到煤的毛细孔道内部,一部分则被吸附到煤粒的表面。
在物料的炭化过程中,硝酸钾分解放出氧气,将煤分子中的烷基侧链氧化成为二氧化碳、一氧化碳等气体,并在煤的大分子上形成含氧官能团,在煤被氧化的同时,还伴随着煤的分解作用,这两种作用均使煤分子的侧链官能团断裂,煤大分子的核也受到不同程度的破坏,从而抑制了煤热解过程中的分子重排,使层间距增大,有利于活化过程中的扩孔作用,在炭化后形成非石墨化炭化料。
由于氧化作用在煤的毛细孔内部,使得炭化过程中形成的初始孔隙率较高。
由于煤在低温下就开始热分解,这样就减少了一次热解产物在孔隙中的二次热解,从而也就减少了产生积碳的机会,所以孔隙中的阻塞物较少,活化气体的可达性提高,这种作用对煤样的扩孔、造孔、提高活化速度是非常有利的。
对粘结性煤,通常在小于300℃(低于燃点)下用空气或含氧小于10%的气体对煤进行轻度氧化,使部分氧结合在煤中、煤表面形成一层粘结性低的氧化膜,从而降低煤的粘结性和膨胀性。
粘结性煤经过改性后炭化得到的炭化料微晶结构与未改性处理的炭化料相比,石墨微晶的层间距d002增大,微晶层片的尺寸L c变小(见表1),说明改性处理表1 炭化料的X衍射结果[6]炭化料样微晶结构参数d002/nm L c/nm 原煤未改性炭化料0135121533氧化改性炭化料0135321279的炭化料,无定型结构更发达,更适合生产高吸附性能的活性炭。
笔者的实验表明,经过氧化改性处理后的炭化料对苯酚的吸附容量为55.35mg/ g,比未经改性处理的炭化料的吸附容量大28.28mg/g。
乐政等[6]采用对原料煤样在280℃下氧化处理60min,煤的粘结性指数大大降低,然后以不高于5℃/min的升温速度升温至600℃炭化30min,所得炭化料互不粘结,无膨胀性,机械强度较高,大于未经氧化的炭化料的强度。
据文252 武汉科技大学学报(自然科学版) 2003年第3期献[7,8,9]报道,对煤进行预氧化后炭化对炭素前驱体的结构有重大影响。
煤氧化后再经炭化,炭化物中d 002增大,L c 减小,石墨化程度降低,有利于生成各向同性、难石墨化的炭素前驱体。
这是因为氧化使煤的含氧量增加,大分子中的侧链被氧化,甚至芳香环也被氧化而生成含氧官能团,在空间形成交联结构,从而在炭化过程中难以形成有序化的石墨微晶。
但是用空气氧化,难以在颗粒物料的内部均匀进行,而用KNO 3,可以在物料的内部均匀进行。
笔者把煤样(高硫、低变质程度的烟煤)在空气中升温到280℃下处理60min 后,以8℃/min 升温到600℃,处理30min ,测得炭化料对苯酚的吸附容量为32.69mg/g ,而用KNO 3以同样的升温方法氧化后的炭化料对苯酚的吸附容量为59.58mg/g 。
2.4 添加化学药剂对于粘结性煤,在其中加入少量的化学药剂如H 3BO 3和KMnO 4,能降低煤的粘结性,H 3BO 3是与煤中的羟基官能团发生酯化反应,提高了煤的软化温度。
研究最多的是加入KOH ,有研究表明[2]:随KOH 的增加,所得炭化物微晶尺寸减小,层间距增大(见表2),即生成了各向同性以无定型炭为主的炭素前驱体。
由于KOH 与煤的反表2煤与不同比率的KOH 共炭化的炭化物的结构特征KOH 比率/%0151025炭化物d 0020136101366013670137301375微晶尺寸/nmLc 1146911538113001108601947L a2133121228212252122121047应在远低于产生胶质体的温度下进行,这样本可以对形成液晶做出贡献的侧链小分子就预先除去,炭化时不可能生成形成液晶所需的气、液相条件,炭化只能按固相炭化过程进行,必然生成取向性差的炭素前驱体。
3 结语经过对煤样的选取,采用控制炭化升温速度,氧化改性,添加化学药剂,能使改性后的炭化料的无定型炭微晶结构更显著,活化更容易进行,用这样的炭化料能够生产出高质量的活性炭。