热解活化法制备椰壳活性炭的方法和机理研究

摘要

活性炭因其具有发达的孔隙结构、大比表面积和强吸附能力，被广泛应用于国民经济各个行业。随着社会发展的与日俱增，活性炭的应用领域不断扩大，具有高吸附、多功能、强度大等综合优势的活性炭应运而生。活性炭的通常制备方法存在化学试剂用量大，三废污染高，能耗高，得率低，生产成本高，工艺复杂等问题，开发生产工艺简便，清洁节能的快速制备方法显得尤为重要。
　　以椰子壳为原料，创新采用热解活化法，在不添加任何化学试剂或活化气体的条件下，制备出吸附性能优良的活性炭。本文全面考察了活化温度、活化时间、升温速率、原料反应量以及原料颗粒度对活性炭的得率、吸附性能、比表面积、孔结构特征的影响；并探讨了热解活化制备活性炭的机理。为活性炭新的制备工艺提供基础数据和理论依据。
　　研究了以椰壳为原料，采用不添加任何活化剂的热解活化法，在活化温度为900℃，保温时间4 h，升温速率为10℃/min的情况下，制得比表面积为994 m2/g的微孔发达的椰壳活性炭，其碘吸附值达到1295 mg/g，亚甲基蓝吸附值为135 mg/g，该活性炭的得率为18.24％。N2吸附结果表明活性炭的孔径集中分布于2 nm附近，总孔容积为0.5039 cm3/g，其中微孔容积为0.4303 cm3/g，微孔率达85.39%。对该活性炭进行CO2动态吸附实验结果表明，CO2饱和吸附容量为56.61 mL/g，优于市售椰壳活性炭。
　　研究了影响产品性能的热解活化因素：活化温度、活化时间、升温速率、原料反应量以及原料颗粒度。实验表明：随着活化温度升高，活化时间延长，活性炭的得率下降，亚甲基蓝和碘吸附值增加，但是，活化温度过高，活化时间过长，导致孔壁坍塌、孔隙合并，使得吸附性能下降；在实验条件下，升温速率提高，活性炭的吸附性能增加；增加原料反应量和增加原料颗粒度，活性炭的吸附性能均有不同程度的下降。
　　在不添加任何活化气体或化学试剂的情况下，热解活化制备吸附性能好的椰壳活性炭的机理可能是由于，热解活化过程中，原料分解释放出H2O、CO2、CO等，气体释放过程会形成一部分孔隙；这些气体作为活化剂对椰壳原料进行活化作用，反应器内部含有部分空气起到活化助剂的作用；高温下未炭化物芳构化，发生重排，形成石墨微晶，对孔结构有调整作用。

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表目录

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 活性炭制备和应用技术现状

1.3 课题提出的目的和意义

1.4 研究目标、主要研究内容及研究技术路线

1.5 本论文创新点和特色

第二章 热解活化法制备椰壳活性炭及其性能表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 热解活化条件对产品性能的影响因素研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 椰壳热解过程的活化机理研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

5.3 展望

参考文献

在读期间学术研究

致谢