用载磷酸木屑使粉状活性炭无损比表面成型及成型体表征VIP专享VIP免费

文章编号：１００１－９７３１（２０１４）１６－１６１１６－０４用载磷酸木屑使粉状活性炭无损比表面成型及成型体表征＊李大伟１，２，田原宇１，２，乔英云２，李俊花１，唐瑞源１（１．中国石油大学（华东）重质油国家重点实验室，山东青岛２６６５５５；２．山东科技大学高校低碳能源化工重点实验室，山东青岛２６６５９０）摘要：在粉状活性炭（ＰＡＣ）中加入载磷酸废木屑，经挤压、加热等步骤，使ＰＡＣ转化为成型活性炭（ＡＣＭ）。利用ＳＥＭ、ＸＲＤ、Ｎ２吸附－脱附技术及万能试验机，考察了ＡＣＭ的形貌、微晶结构、比表面积、孔结构及耐压强度。研究发现，载磷酸废木屑制取容易，且能使ＰＡＣ成型但无损比表面积。当ＰＡＣ用量、加热温度、加热时间分别为４０％、５６０℃、１００ｍｉｎ时，可得到耐压强度为４．２ＭＰａ、比表面积达７１０ｍ２／ｇ的ＡＣＭ；延长加热时间，能够提高ＡＣＭ的比表面积、微孔孔容和耐压强度，但对其微晶结构影响较小。关键词：活性炭；吸附剂；制备；粘合剂；磷酸；木屑中图分类号：ＴＱ４２４．１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９７３１．２０１４．１６．０２５１引言成型活性炭（ＡＣＭ）因具有强度高、单位体积吸附量大、储运方便等优势，在吸附、分离、催化等领域均展现出巨大应用前景［１］。目前，ＡＣＭ多采用挤压成型法制备，但需要在粉状活性炭（ＰＡＣ）中添加不可再生资源或不易制取的有机粘合剂，如煤焦油［２］、沥青［３］、酚醛树脂［４］、聚乙烯醇［５］、羧甲基纤维素钠［５－６］等。这些有机粘合剂会使ＰＡＣ的比表面积大幅下降。本文旨在利用易于制取的粘合剂，使ＰＡＣ在无损比表面积的情况下成型。因此，尝试在ＰＡＣ中添加载磷酸废木屑，并考察了所得ＡＣＭ的形貌、微晶结构、表面积、孔隙结构及耐压强度。目前，以载磷酸废木屑实现ＰＡＣ无损比表面积成型的研究，尚未见报道。２实验２．１材料木屑经１１０℃干燥３ｈ后备用，其粒径、干基挥发份、干基灰分分别为０．２～０．９ｍｍ、８１．３％、１．６％；粉状活性炭（ＰＡＣ）的粒径小于０．０７４ｍｍ，由天津化学试剂公司提供；磷酸（ＡＲ）购于烟台双双化工有限公司；洗涤和溶液配制用水均为自制蒸馏水。２．２成型活性炭的制备将木屑、粉状活性炭（ＰＡＣ）、６０％（质量分数）的磷酸溶液按质量比１∶０．４∶１．７（按纯磷酸计）混合。搅拌５ｍｉｎ后，将其在８５℃加热１ｈ。接着，称取３．００ｇ物料置于圆柱形模具中，加压至４ＭＰａ，并保压２ｍｉｎ。将所得成型体在氮气保护下于５６０℃加热５０～１００ｍｉｎ。冷却之后，用热水反复洗涤成型体，直至洗液ｐＨ值近中性。最后，将所得样品先于５０℃干燥１０ｈ，再于１１０℃干燥３ｈ。得到的成型活性炭记为Ｍｔｙ，其中ｙ代表加热时间。例如，Ｍｔ１００是按上述工艺加热１００ｍｉｎ得到的成型活性炭。２．３以木屑和粉状活性炭为原料制备活性炭以木屑和ＰＡＣ分别制备活性炭，所用制备方法同２．２节，不同处为：（１）将木屑（或ＰＡＣ）、６０％（质量分数）的磷酸溶液按质量比１．４∶１．７（按纯磷酸计）混合；（２）不进行挤压成型；（３）将载磷酸物料于５６０℃加热１００ｍｉｎ。用木屑、ＰＡＣ制得的活性炭分别记为ＳＤｔ１００和ＰＡＣｔ１００。２．４测试方法Ｎ２吸脱附等温线采用比表面及孔径分析仪（ＴｒｉｓｔａｒⅡ３０２０，Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ公司，美国）在７７Ｋ测定，比表面积（ＳＢＥＴ）、微孔孔容（Ｖｍｉ）分别用ＢＥＴ方程、ｔ－ｐｌｏｔ方法算得，总孔容（Ｖｔ）为相对压力为０．９９时所吸液氮体积，介孔孔容（Ｖｍｅ）为相对压力为０．９５时所吸液氮体积与微孔孔容之差，微孔率（Ｖｍｉ／Ｖｔ）、介孔率（Ｖｍｅ／Ｖｔ）分别为微孔孔容、介孔孔容与总孔容之比，介孔率与大孔率之和（（Ｖｍｅ＋Ｖｍａ）／Ｖｔ）为１与微孔率之差，孔分布曲线用ＢＪＨ方法获得。ＸＲＤ图谱采用Ｘ射线衍射仪（Ｍａｘ２５００ＰＣ，Ｍａｃ－Ｓｃｉｅｎｃｅ公司，日本）获取，所用加速电压、加速电流分别为３０ｋＶ、１００ｍＡ。耐...