本文選題：活性炭　切入點(diǎn)：加熱方式　出處：《昆明理工大學(xué)》2010年博士論文

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,一方面是資源、能源危機(jī)的日益突出,另一方面是環(huán)境的不斷惡化,這些都制約了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。目前在活性炭的制備研究中主要以生物質(zhì)資源和煤等為原料制備活性炭。而生物質(zhì)資源具有成本低、可再生的特點(diǎn),通過炭化和活化制備出具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭產(chǎn)品,提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值具有重要意義。本論文以椰殼為原料進(jìn)行活性炭的制備研究,考察了兩種加熱方式以及不同活化劑在兩種工藝路線下制備椰殼基活性炭,分析了加熱方式和活化劑種類對(duì)活性炭孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的影響。實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生生物質(zhì)資源的綜合利用,使其符合節(jié)能、環(huán)保、高效的社會(huì)要求。 利用熱重分析儀對(duì)椰殼的炭化過程進(jìn)行了研究,對(duì)物料在不同升溫速率下的熱解特性和動(dòng)力學(xué)分析,探討了熱解機(jī)制,得到了熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明,升溫速率對(duì)熱解特性和得率均有影響：通過采用分布活化能模型,椰殼的活化能呈“N”形變化,反映了椰殼在熱解過程中不同階段反應(yīng)性能的變化規(guī)律。 系統(tǒng)考察了炭化溫度對(duì)椰殼炭化料得率及其性質(zhì)的影響,分析了炭化料孔結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì),揭示了物料的炭化過程的演變規(guī)律。研究表明,隨著炭化溫度的升高,炭化料的得率不斷降低,而比表面積、總孔容、微孔容增加,平均孔徑減小,微孔孔徑分布向較小孔徑方向移動(dòng)。隨著炭化溫度的升高,炭化料中石墨微晶數(shù)增加,微晶中石墨烯片層堆積厚度Lc、微晶直徑La、石墨片層數(shù)增加,石墨微晶平均層間距d002減小,使其微晶中層與層之間的排列更趨于規(guī)整、有序。含氧官能團(tuán)隨著炭化溫度的升高而減少。 .采用不同加熱方式和活化劑,考察了活化溫度和活化時(shí)間對(duì)活性炭得率及其性能的影響,分析了活性炭產(chǎn)品孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì),探討了在不同加熱方式及活化劑下活性炭孔結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。結(jié)果表明,無論是采用水蒸氣或C02進(jìn)行活化,微波加熱均可縮短約50%的活化時(shí)間和降低100～150℃的活化溫度。微波加熱所制備的活性炭有更高的比表面積、總孔容積和微孔容積；在相似得率下,微波加熱制備的活性炭有更高的比表面積；在相似比表面積下,微波加熱制備的活性炭有更高的得率。以水蒸氣為活化氣體時(shí),無論是常規(guī)加熱還是微波加熱,其活化過程均為一個(gè)開孔和擴(kuò)孔同時(shí)發(fā)生的過程；以CO2為活化劑時(shí),在常規(guī)加熱條件下,其活化過程為先開孔后擴(kuò)孔的過程；在微波加熱條件下時(shí),其活化過程與常規(guī)加熱不同,則為一個(gè)開孔和擴(kuò)孔同時(shí)發(fā)生的過程。微波加熱所制備活性炭的含氧官能團(tuán)減少。 采用一步法制備活性炭研究,分析了加熱方式及活化劑對(duì)活性炭產(chǎn)品孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,微波加熱制備的活性炭的比表面積比常規(guī)加熱的高,CO2活化制備的活性炭的比表面積比水蒸氣的高。一步活化法具有所需活化時(shí)間較短,活化溫度較低,得率較高的優(yōu)點(diǎn)。 通過系統(tǒng)研究不同炭化溫度的炭化料對(duì)活性炭孔結(jié)構(gòu)的影響,采用高溫炭化和微波加熱活化工藝,制備高比表面積活性炭,降低了活化時(shí)間,提高了活性炭的得率,并分析了樣品的孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明,炭化溫度對(duì)活性炭的孔結(jié)構(gòu)及其得率有明顯的影響。隨著活化時(shí)間的延長,不同炭化溫度的炭化料所制備的活性炭的比表面積、總孔容積和微孔容積均增加,且得率不斷降低。高炭化溫度的炭化料所制備的活性炭的比表面積、總孔容積和微孔容積比低炭化溫度的高,且得率也較低炭化溫度的高。在微波加熱條件下,使用水蒸氣、CO2及其它們的混合氣體為活化劑,能夠制備出具有比表面積大于2000m2/g的高比表面積活性炭,、活化時(shí)間大大縮短,且得率較高。CO2活化能夠制備出具有最大比表面積的活性炭,且有更為一致的孔徑分布。所制備的活性炭的表面官能團(tuán)與活化劑種類無關(guān),而與炭化料的性質(zhì)有關(guān)。 總之,本論文考察了加熱方式以及活化劑種類在兩種工藝路線(兩步法和一步法)下制備椰殼基活性炭,分析了不同加熱方式和活化劑種類對(duì)活性炭孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的影響。通過對(duì)炭化溫度對(duì)炭化料和活性炭影響的系統(tǒng)研究,采用微波加熱,制備出具有高比表面積的活性炭產(chǎn)品,極大的縮短了活化時(shí)間,提高了產(chǎn)品的得率,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗,為物理法在短時(shí)間內(nèi)制備出高比表面積活性炭提供了一條新的工藝路線。
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【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TQ424.1

【引證文獻(xiàn)】

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2 侯婉桐;孟祥燾;聶勝強(qiáng);徐鋒;葉小輝;劉文莉;;稻殼制備生物質(zhì)碳對(duì)水中六價(jià)鉻的吸附特性研究[J];臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào);2013年06期

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本文編號(hào)：1703495