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...