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1、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.ofWuhanUni.ofSci.&Tech.(NaturalScienceEdition)Sep2003高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展1112王大春,童仕唐,张海禄,胡新亮(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
2、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)03-0251-03现微晶结构的不规则程度越大,即层间距越大,活1问题的提出性炭的吸附性能越大;反之,吸附性能越小。由此当今,随着活性炭需要量的增加和用途的扩可见,要制备高质量的活性炭,炭化料的制备是关大,生产活性炭的主要原料已经由木材、果壳等转键。本文就高质量煤基活性炭炭化料制备的几个向煤炭。用煤炭生产活性炭与其他含碳物质一问题进行探讨。样,都是在几百度温度下炭化,然后再
3、活化而制得2制备高性能活性炭炭化料的。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2.1原料的选择晶的形式残存,这些微晶之间相互的配向不规则,在活性炭的生产中一般选用煤化度较浅的无各个微晶之间存在着间隙,从而形成初始孔隙,为粘结性煤,如褐煤、不粘煤、弱粘煤为原料。因为活化创造条件。原料的炭化温度一般在(500~煤的组成中含有纤维素炭、丝炭较多,加热时比较800)的范围内,在这个温度下形成的炭并不是容易形成微晶的杂乱排列和较多的孔隙结构,在完全的炭,而是被称为炭素前驱体的物
4、质。!炭素生产过程中不需特别加工。如果用粘结性煤,如前驱体∀的结构基本上决定了再处理(再经更高温气煤、肥煤、焦煤、瘦煤制造活性炭,则要对原料进度处理)炭的结构。炭素前驱体是一种!无定型行变性处理。这种煤是所有煤中最缺乏孔隙结炭∀,它是!由数层的炭网平面组成的微晶群和其构、内表面积最小和反应性最低的一种煤。老年他未组成层的单个网状平面以及无规则炭三部分无烟煤煤化度最深,其基本微晶中石墨层状排列组成∀。这三部分含量的多少以及由此决定的网比较规则,这对制造活性炭是不利的,所以选用年平面重叠程度的大小,可以将无定型炭分
5、为!易石轻的无烟煤,它既具有含碳量高、挥发分适中的优墨化炭∀和!难石墨化炭∀。同时这三部分含量的点,又具有加热不产生煤焦油、物料不粘结、不膨多寡最终决定了吸附性能的好坏,要使其具有高胀、不易形成微晶规则排列的石墨化结构等好处,吸附性能,则需要构成多孔性。为了满足这个条比较容易制造出优质的活性炭。另外,灰分也是件,从理论上说,活性炭微晶结构必然是非平面化选择活性炭原料方面的一个重要指标,原料中的的组成成分的无规则排列的结果。活性炭的微晶无机成分在炭化过程中几乎不减少而残存于炭化结构是典型的无定型结构,并且石墨化度
6、越低,层料中,当原料中的灰分为1%时,若炭化得率为间距d002值越大,比表面积就越大,吸附性能越20%,则炭化料中的灰分将为5%;如用该炭化料[1]高。邱介山用X射线技术研究了碳分子筛的生产活性炭,假设活性炭的得率为50%,则活性微晶结构,发现碳分子筛的微晶结构是典型的无炭的灰分含量将达到10%。由于灰分几乎没有[2]定型碳结构;解强等发现,活性炭微晶的层间吸附能力,它与灰分为零的场合比较,单位质量活距d002越大,微晶尺寸Lc和La越小,活性炭的性炭的吸附能力就降低10%左右,因此要求原料[3]吸附性能越好;
7、牟应蓉在X射线衍射分析的基中的灰分尽可能少。对灰分较高的煤样,可以在础上,又计算了活性炭微晶结构的石墨化度g,发炭化前用HClHF脱灰。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252武汉科技大学学报(自然科学版)2003年第3期2.2炭化路径及其升温速度的控制应性也较慢速升温时高(这是因为大的孔隙和微含炭材料通过加热处理进行炭化的过程中,晶结构的有序化程度低的缘故)。但值得注意的在达500左右的加热条件
8、下,生成!炭素前驱是,高的升温速度对活性炭的强度不利,升温速度体∀。根据微晶排列取向性的差异,把炭素前驱体提高,炭化产物的强度下降。分为两类:择优取向性好的易石墨化炭和没有取2.3对煤进行氧化以控制炭化物的结构[5]向性的难石墨化炭。炭素前驱体的结构特征决定张双全等用KNO3以水溶液的形式与煤了进一步热处理后所得的炭素材料的结构。取向粉混合搅拌均匀,在650条件下炭化30min后性好
