糠醛废渣制备活性炭的研究
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造成的污染问题#
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灰分对活性炭吸附性能的影响 活性炭的灰分是衡量活性炭质量的一个重要标
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糠醛渣制成的活性炭性能良好" 其强度和吸附
准 "灰 分 的 含 量 随 原 料 的 种 类 而 不 同 # 灰 分 的 主 要 成 分 为 *+, ! % -. !, / ! 01 !, / ! 23, 等 " 这 类 无 机 成 分 在 高 温 下难挥发"又难溶于水"它 们 的 存 在 影 响 活 性 炭 的 吸 附 性 能 "因 此 要 尽 量 地 降 低 产 品 中 灰 分 的 含 量 "降 低 活性炭灰分的方式有两种$ 一方面对糠醛渣进行筛 选 !水 洗 !干 燥 除 去 泥 沙 等 机 械 杂 质 &另 一 方 面 对 活 性 炭 产 品 进 行 酸 洗 脱 灰 "在 酸 洗 过 程 中 "碱 性 物 质 被 去 除 "金 属 离 子 被 溶 解 # 本 实 验 取 盐 酸 为 酸 洗 液 "活 性 炭 浸 泡 时 间 为 &’ " 研 究 不 同 浓 度 的 盐 酸 对 活 性 炭 灰 分 脱 除 效 果 的 影 响"同 时 测定 了 灰分 含量 不 同 的 活 性 炭 亚 甲 基 兰 吸 附 值 "实 验 结 果 如 表 # 所 示 #
由表 2 可以看出 "随着活化温度的升高"活性炭 强 度 呈 下 降 趋 势 " 比 表 面 积 随 温 度 升 高 而 增 大 " 4%% ! 时达到最大值"随着温 度 的 进 一 步 升 高"比 表 面 积 稍 有下降 "而吸附性能也 有 类 似 的 变 化 "这 说 明 在 活 化 过 程 中 "活 化 产 物 新 孔 结 构 的 形 成 和 破 坏 是 同 时 进 行 的 "随 着 温 度 的 升 高 "活 化 反 应 速 度 加 快 "产 生 大 量 的 微 孔 "但 温 度 过 高 "孔 结 构 的 破 坏 占 优 势 !
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图$ 活化时间与比表面积的关系
中 发 现 "随 着 水 蒸 气 用 量 的 增 大 "吸 附 性 能 明 显 升 高 " 但水蒸气量过大"会使 碳 原 子 逸 出 太 多 "活 性 炭 强 度
A /% A
煤
化
工
!""# 年第 $ 期
降 低 !产 率 迅 速 下 降 "而 吸 附 性 能 增 加 不 明 显 # 在 实 验 过 程 中 固 定 活 化 温 度 为 %"" ! ! 活 化 时 间 为 &’ 对 水 蒸 气 用 量 进 行 了 研 究 "实 验 结 果 表 明 $活 化 料 与 水 蒸 气 之 比 为 &(&)$ 比 较 合 适 #
实验结果与分析
粘结剂配比对活性炭性能的影响 糠 醛 渣 经 前 处 理 后 #与 粘 结 剂 按 一 定 的 配 比 进 行
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实
验
混 合 #将 混 合 物 直 接 挤 压 成 型 ( 粘 结 剂 作 为 活 性 炭 的 主 要 原 料 成 分 之 一#对 颗 粒 活 性 炭 的 成 型 及 强 度 有 很 大 的 影 响 ( 粘 结 剂 的 种 类 很 多 #不 同 种 类 的 粘 结 剂 对 活 性 炭 的 强 度 和 吸 咐 性 能 的 影 响 不 同 @0A ( 本 实 验 选 用 不同的粘结剂来研究粘结剂对活性炭 性 能 的 影 响 #实 验结果如表 # 所示( 从表 # 的实验数据可以看出 #合 理 选 择 粘 结 剂 是 获得优质活性炭的重要因素之一( 通过对实验结果的 综合分析#本实验选用 煤 焦 油 作 粘 结 剂 #并 对 糠 醛 渣 与煤焦油的配比进行了研究#实验结果表明$糠醛渣 与 煤 焦 油 的 质 量 比 为 DH0 时 效 果 最 好 (
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炭化条件对活性炭性能的影响 挤压成柱状的糠醛渣活性炭首先在较低的温度
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下进行炭化! 炭化的过程分为脱水和热解两个阶段" 在 此 过 程 中 由 于 产 生 大 量 水 蒸 气 # &% # &% ! 和 烷 烃 等 易 挥 发 组 分 "使 炭 粒 收 缩 并 紧 密 地 结 合 在 一 起
正 文 8098
!""# 年 $% 月
李 国 斌 等 &糠 醛 废 渣 制 备 活 性 炭 的 研 究
8 29 8
表 / !!粘 结 剂 对 活 性 炭 性 能 的 影 响 粘结剂 淀粉 纸浆废液 煤焦油 比表面积 强度 碘值 亚甲基兰吸咐值 苯吸附 %7 8$ 值 +: +, ! +: +,7%7 8$ +,7%7 8$
!12123 3 3 3水 蒸 气 用 量 对 活 性 炭 性 能 的 影 响
本实验采用水蒸气为活化介质"通过蒸汽发生炉 供给活化炉过热蒸汽"原料中的部分 碳 原 子 与 水 蒸 气 反 应 生 成 &* 而 逸 出 " 造 成 炭 中 出 现 大 量 微 孔 而 使 之 成 为 活 性 炭 ’6( " 如 果 水 蒸 气 量 太 少 " 会 使 反 应 不 充 分 " 所形成的微孔数目就少 "吸附性能不 高 ! 在 实 验 过 程
第 ! 期" 总第 #$% 期 & ’()% 年 $* 月
煤
化
工
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糠醛废渣制备活性炭的研究
李国斌 杨明平
+ 湖南科技大学化学化工学院 # 湘潭 %$$’*$,
摘 要 研 究 利 用 糠 醛 渣 制 取 颗 粒 活 性 炭 的 工 艺 实 验 表 明 $采 用 水 蒸 气 活 化 法 制 备 活 性 炭 #最 佳 工 艺 条 件 为
表# 活化温度对活性炭性能的影响 活化温度 比表面积 强度 碘值 亚甲基兰吸咐值 苯吸附 %7 8$ +: +,7%7 8$ 值 +: +! +, ! +,7%7 8$
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耗 较 低 "投 资 少 # 糠 醛 渣 活 性 炭 与 煤 质 活 性 炭 相 比 "设 备 投 资 %水 电 %管 理 成 本 相 差 不 大 "但 由 于 糠 醛 渣 原 料 无成本" 经核算糠醛渣活性炭成本比煤质活性炭低
&"4 " &$4 " 而 且 可 解 决 糠 醛 生 产 中 产 生 的 废 渣 对 环 境
引
言
糠醛渣是以农副产品稻草 &玉米芯为原料#经加
#!1 # 有 些 糠 醛 渣 中 含 有 相 当 数 量 的 砂 石 和 灰 渣 等 杂
质# 这对活性炭的生产和产品的性能有很大的影响( 因 此 在 实 验 过 程 中 #首 先 采 用 筛 选 &水 洗 &干 燥 对 原 料 进 行 处 理 # 除 去 杂 质 # 降 低 灰 分 % +’C 经 处 理 后 的 糠 醛 渣 粉 碎 #与 粘 结 剂 混 合 #在 一 定 温 度 下 挤 压 成 型 #制 成 直 径 为 022 的 柱 状 颗 粒 % +0C 在 较 低 温 度 下 进 行 炭 化 %
+%C 水 蒸 气 活 化 ( !"$
样品表征及方法 强度 &碘吸附值&亚 甲 基 兰 吸 附 值 &水 容 量 &灰 分 等指标采用原部颁标准所规定的方法 进 行 分 析 %比 表 面 积 的 测 定 采 用 G ’ 吸 附 法 # 用 B;7(0= 比 表 面 孔 径 测 定仪进行测定(
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表! 炭化温度 不同炭化温度对活性炭性能的影响 强度 碘值 +,7%7 8$ 亚甲基兰吸咐值 苯吸附值 +,7%7 8$ +:
!121!3 3 3 3活 化 温 度 的 影 响
活化温度是获得性能良好的活性炭的关键因素 之 一 " 在 活 化 时 间 为 $0 " 活 化 介 质 为 水 蒸 气 的 条 件 下 " 研究不同活化温度对活性炭性能的影响"实验结果如 表 2 所示!
酸 水 解 制 得 糠 醛 后 的 残 渣 # 每 生 产 $> 糠 醛 排 出 约 ?)> 废渣 # 每年有数百万吨废渣排出 # 严重污染环境 # 且大部 分被丢弃或作为锅炉燃料烧掉 # 对设备腐蚀严重 @$A( 目 前 国 内 有 报 道 将 糠 醛 渣 直 接 转 化 为 中 性 复 合 肥 @’A # 但 该 工 艺 设 备 要 求 高 #技 术 复 杂 #难 于 推 广 ( 活性炭具有特殊微晶结构 #微细孔发达&比表面 积巨大&吸咐能力强 #广泛用于医 药 &化 工 &食 品 &国 防 &农 业 等 方 面 ( 因为糠醛渣中纤维素& 木 质 素 的 含 量 比 较 高 #是 生产优质活性炭的良好原料 #用它生产活性炭#不仅 能 够 提 高 经 济 效 益 #而 且 是 改 善 环 境 &解 决 污 染 的 一 种行之有效的途径( 本文利用糠醛渣#采用水蒸气活 化 法 #对 如 何 提 高 活 性 炭 强 度 和 吸 附 性 能 进 行 了 重 点 研 究 #找 到 了 制 备 颗 粒 活 性 炭 的 新 方 法 (
! 但炭
化温度 #炭化时间#升温 速 度 对 活 性 炭 的 强 度 和 吸 附 性能有很大的影响! 升温速度太快"活 性 炭 表 面 开 裂 使 强 度 降 低 "炭 化 时 间 对 产 品 的 收 率 及 吸 附 性 能 有 一 定 的 影 响 " 本 实 验 在 升 温 速 度 )* ! +,-. " 炭 化 时 间 /0 的条件下研究不同炭化温度对活性炭性 Baidu Nhomakorabea 的 影 响 "实 验结果如表 ! 所示!
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活化时间与碘值的关系
由 图 $# 图 ! 可 知 " 随 着 活 化 时 间 的 延 长 " 活 性 炭 比 表 面 积 和 吸 附 性 能 均 有 增 大 "说 明 反 应 初 始 阶 段 新 孔的形成占主导地位"此时比表面积增大"吸附能力 增强$反应进行到一定 时 间 后 "先 生 成 的 部 分 微 孔 结 构可能被破坏"引起孔 径 增 大 "比 表 面 积 和 吸 附 性 能 下 降 ’5( !
由表 ! 的实验数据可知 " 最佳的炭化温度为 #""! !
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活化条件对活性炭性能的影响 活化是制备活性炭的关键工艺" 是活性炭成孔#
!121/3 3 3 3活 化 时 间 的 影 响
丰富表面基团# 扩大表面积及增大吸附能力的过程! 活化温度#活化时间#活 化 介 质 对 活 性 炭 性 能 影 响 显 著 ! 在 活 化 温 度 为 4%% ! # 活 化 介 质 为 水 蒸 气 的 条 件 下"研究了不同活化时间对比表面积和 吸 附 性 能 的 影 响 "实 验 结 果 如 图 )#图 ! 所 示 !
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主要仪器设备 炭化炉&活化炉&蒸汽发生炉 &成型机&强度仪&
B;7(0= 比 表 面 孔 径 测 定 仪 ( !"#
实验步骤
+#C 原 材 料 前 处 理 $ 糠 醛 渣 含 水 率 为 9)1 " D)1 # 残
收稿日期 $’**%8*!8$! 作 者 简 介 $ 李 国 斌 # 男 # $/9- 年 生 # $//’ 年 毕 业 于 湘 潭 矿 业 学院化工系煤化工专业 #实 验 师 #现 从 事 炭 素 材 料 研 究 和 利用工作(
标 准 相 当 #能 耗 较 低 #投 资 少 #具 有 良 好 的 社 会 效 益 和 经 济 效 益 ( 关键词 糠醛渣 颗粒活性炭 水蒸气 活化
! ’**% " 8*!8**098*0:: 中图分类号 $;<0!$6’$:: 文献标识码 $= 文章编号 $$**!7/!/-
酸 $1 " 01+ 以 E ’BF % 计 C # 干 燥 后 的 糠 醛 渣 含 灰 分 #(1 "
炭 化 温 度 %** ! # 活 化 温 度 -** ! # 活 化 时 间 $. % 按 本 方 法 制 得 的 活 性 炭 强 度 可 达 /01 # 比 表 面 积 为 %!2 ’34 & 碘 值
-$%2454 & 亚 甲 基 兰 吸 咐 值 $/-2454 & 苯 吸 附 值! 质 量 百 分 数 " 为 ’’6%1 ’ 这 些 指 标 与 煤 质 活 性 炭 的 同 类 产 品 质 量
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灰分对活性炭吸附性能的影响 活性炭的灰分是衡量活性炭质量的一个重要标
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糠醛渣制成的活性炭性能良好" 其强度和吸附
准 "灰 分 的 含 量 随 原 料 的 种 类 而 不 同 # 灰 分 的 主 要 成 分 为 *+, ! % -. !, / ! 01 !, / ! 23, 等 " 这 类 无 机 成 分 在 高 温 下难挥发"又难溶于水"它 们 的 存 在 影 响 活 性 炭 的 吸 附 性 能 "因 此 要 尽 量 地 降 低 产 品 中 灰 分 的 含 量 "降 低 活性炭灰分的方式有两种$ 一方面对糠醛渣进行筛 选 !水 洗 !干 燥 除 去 泥 沙 等 机 械 杂 质 &另 一 方 面 对 活 性 炭 产 品 进 行 酸 洗 脱 灰 "在 酸 洗 过 程 中 "碱 性 物 质 被 去 除 "金 属 离 子 被 溶 解 # 本 实 验 取 盐 酸 为 酸 洗 液 "活 性 炭 浸 泡 时 间 为 &’ " 研 究 不 同 浓 度 的 盐 酸 对 活 性 炭 灰 分 脱 除 效 果 的 影 响"同 时 测定 了 灰分 含量 不 同 的 活 性 炭 亚 甲 基 兰 吸 附 值 "实 验 结 果 如 表 # 所 示 #
由表 2 可以看出 "随着活化温度的升高"活性炭 强 度 呈 下 降 趋 势 " 比 表 面 积 随 温 度 升 高 而 增 大 " 4%% ! 时达到最大值"随着温 度 的 进 一 步 升 高"比 表 面 积 稍 有下降 "而吸附性能也 有 类 似 的 变 化 "这 说 明 在 活 化 过 程 中 "活 化 产 物 新 孔 结 构 的 形 成 和 破 坏 是 同 时 进 行 的 "随 着 温 度 的 升 高 "活 化 反 应 速 度 加 快 "产 生 大 量 的 微 孔 "但 温 度 过 高 "孔 结 构 的 破 坏 占 优 势 !
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本实验采用水蒸气为活化介质"通过蒸汽发生炉 供给活化炉过热蒸汽"原料中的部分 碳 原 子 与 水 蒸 气 反 应 生 成 &* 而 逸 出 " 造 成 炭 中 出 现 大 量 微 孔 而 使 之 成 为 活 性 炭 ’6( " 如 果 水 蒸 气 量 太 少 " 会 使 反 应 不 充 分 " 所形成的微孔数目就少 "吸附性能不 高 ! 在 实 验 过 程
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炭 化 温 度 %** ! # 活 化 温 度 -** ! # 活 化 时 间 $. % 按 本 方 法 制 得 的 活 性 炭 强 度 可 达 /01 # 比 表 面 积 为 %!2 ’34 & 碘 值
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