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炭化溫度對(duì)蜂窩活性炭孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的影響

來(lái)源:廣州市怡森環(huán)保設(shè)備有限公司   2024年11月28日 07:00   15

炭化溫度對(duì)蜂窩活性炭孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的影響


  蜂窩活性炭是一類(lèi)內(nèi)部構(gòu)型有許多平行貫通孔道的新型復(fù)合功能活性炭;炭化是生產(chǎn)活性炭過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)之一,炭化的目的是除去非碳元素,得到必要的強(qiáng)度并形成了初始的孔結(jié)構(gòu),活化過(guò)程不過(guò)是將炭化材料的孔結(jié)構(gòu)在同一方向上發(fā)展,其中最重要的是炭化時(shí)的溫度。本文總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)研究,在相同原料配比、擠出工藝條件和活化條件下,制備了不同炭化終溫的蜂窩半焦和蜂窩活性炭樣品,通過(guò)XRD和SEM測(cè)試分析了炭化溫度對(duì)蜂窩活性炭性能的影響規(guī)律。

  一、蜂窩半焦的表征SEM分析
  圖1是煤基蜂窩碎片經(jīng)120℃、300、500、650和800下熱處理后所得產(chǎn)物的SEM照片,可以看出,原料煤粉的粒徑差異較大,在甲基纖維素MC、豆油和煤焦油的粘合作用下,煤粉顆粒之間的界限不明顯,加熱到300盡管煤顆粒仍然呈粘連狀態(tài),但是煤顆粒的棱角變得清晰,顆粒之間的空隙明顯增多,說(shuō)明添加的甲基纖維索MC發(fā)生了熱分解,煤焦油中輕組分和豆油也有部分蒸發(fā),煤粉顆粒之間的粘結(jié)程度有所降低,經(jīng)500炭化后,煤顆粒的棱角消失,顆粒之間的粘連程度有所加強(qiáng),這是由于煤是粘結(jié)性煤,在炭化溫度300~500,煤顆粒發(fā)生熔融現(xiàn)象,并與外加煤焦油中的瀝青相互粘結(jié)在一起,形成粘連結(jié)構(gòu)。隨著炭化溫度的進(jìn)一步升高,粘連程度明顯提高,但宏觀空隙依然存在。


  一(1)比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析

  表2為不同炭化溫度下蜂窩半焦收率以及由吸附等溫線數(shù)據(jù)計(jì)算的比表面積和孔容分布。從表中可以看出,煤基蜂窩的失重主要發(fā)生在500以下,但由于煤是弱粘結(jié)性煤,在300~500之間形成膠質(zhì)體,抑制了孔隙的形成,炭化溫度500得到蜂窩半焦樣品的比表面積和總孔容極低,分別是1.6m2/g和0.0089cm2/g;盡管在500~700范圍內(nèi)失重量很小,但揮發(fā)分逸出形成的空隙數(shù)量明顯增加,在700時(shí),蜂窩半焦樣品的比表面積和總孔容分別增加到40.2 m2/g和0. 0359cm3/g,而且孔分布數(shù)據(jù)表明以微孔和中孔的增加為主,從SEM分析可知,在此炭化溫度為650時(shí),膠質(zhì)體發(fā)生了固化現(xiàn)象,因此揮發(fā)分逸出形成的孔隱得以保留,比表面積和孔容相應(yīng)增大,但炭化溫度繼續(xù)升高到800后,比表面積和總孔容吸附又大幅度下降。在炭化溫度為800時(shí),炭化反應(yīng)以縮聚反應(yīng)為主,揮發(fā)分逸出主要為H2和CH4;使芳香區(qū)域更加有序化,其結(jié)果是喪失了一些開(kāi)口孔隙和表面積。

  二、XRD分析

  圖2是500、600、700和800下炭化物的X射線衍射分析圖譜;所有樣品清晰地顯示,在衍射角等于25°和43°附近有兩個(gè)分布寬的衍射峰,它們分別歸屬于002和100峰;隨著炭化溫度的升高,002峰的衍射強(qiáng)度逐漸增加,峰形變窄,表明平行排列的碳層面數(shù)減少,石墨狀微晶層片在空間的排列有序性增強(qiáng),層片取向程度增大,另一方面,隨著炭化溫度的升高,100峰的峰形變得尖銳,說(shuō)明石墨狀微晶的平行層面出現(xiàn)了增大趨勢(shì)。

  二(1)炭化溫度對(duì)蜂窩活性炭機(jī)械強(qiáng)度的影響

  圖3顯示了炭化溫度對(duì)蜂窩活性炭機(jī)械強(qiáng)度的影響,由圖可見(jiàn),炭化溫度500得到的蜂窩半焦和蜂窩活性炭的機(jī)械強(qiáng)度都較低;炭化溫度為650時(shí),蜂窩半焦和蜂窩活性炭的機(jī)械強(qiáng)度增加了2.5倍~3倍;隨著炭化溫度的進(jìn)一步升高,蜂窩半焦和蜂窩活性炭的機(jī)械強(qiáng)度緩慢增加、蜂窩活性炭的機(jī)械強(qiáng)度小于相應(yīng)炭化溫度下蜂窩半焦的機(jī)械強(qiáng)度,這是由于活化過(guò)程產(chǎn)生了新的孔隙,增加了蜂窩活性炭的空隙率的結(jié)果。

  綜上可見(jiàn),炭化條件對(duì)活性炭產(chǎn)物孔結(jié)構(gòu)的形成起著相當(dāng)重要的作用,炭化溫度對(duì)蜂窩活性炭機(jī)械強(qiáng)度的促進(jìn)作用,此外,弱粘結(jié)性煤在炭化過(guò)程中,顆粒相互熔融,并發(fā)生縮聚反應(yīng),這些物理和化學(xué)變化也會(huì)影響最終活性炭的機(jī)械強(qiáng)度。

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