新疆昌吉烟煤制备柱状活性炭的实验研究

摘要

新疆烟煤资源丰富，种类齐全，且具有灰分低，反应活性好的特点，采用新疆烟煤制备活性炭有很大发展空间。为制备得到高强度、高吸附性能的柱状活性炭，本文对新疆烟煤制备活性炭的配料比例及工艺条件进行研究，具体研究内容如下： 本文选择了新疆昌吉地区的不黏煤、弱黏煤及气肥煤，采用D-最优混料实验设计方法，对活性炭的强度、碘值、亚甲基蓝值进行多次多项式回归拟合，建立了配煤比例与三种指标之间的回归模型。使用模型对三种活性炭指标进行同步优化得到了最佳配煤比例，并通过实验对沥青添加量进行优化。结果表明，最佳的配料比例为不黏煤：弱黏煤：气肥煤=10∶85∶5，沥青添加量5%。采用所得最佳配比，通过对炭化温度、炭化升温速率及活化温度参数的研究，以柱状活性炭强度、碘值、亚甲基蓝值及孔隙分布为指标，得到最佳工艺条件为：炭化温度600℃，炭化升温速率12℃/min，活化温度900℃。制得柱状活性炭的性能为：烧失率65.3%时，强度96.3%，碘值1097.6mg/g，亚甲基蓝值304.4mg/g，比表面积1321.1m2/g，孔容0.7756cm3/g，平均孔径2.3484nm。 针对选用的昌吉烟煤，在一定比例的煤焦油添加量的条件下，活性炭烧失率为60%左右时，为使活性炭转鼓强度达到95%，配煤的黏结指数须达到5以上，同时配煤黏结指数的增长，将使活性炭碘值、亚甲基蓝值出现下降的趋势。本文提出了采用配煤的黏结指数来预测活性炭性能的方法，可以快速确定活性炭原煤配比的实验范围，大幅提高寻找活性炭最优配煤比例的效率。 采用所得最佳配比，在炭化升温速率12℃/min，炭化温度600℃，活化温度880℃条件下制得烧失率为55.7%的活性炭。在丙酮浓度为1000mg/m3，常压恒温30℃下，丙酮饱和吸附量达到了82.3mg/g，穿透吸附量达到了63.8mg/g，而且在30℃，压力6kPa下，脱附率达到了74.96%，具有较好的丙酮工作容量。总体上，在200~1000mg/m3的丙酮进气浓度下，活性炭1.10nm以下的孔对丙酮的吸附是有利的，而1.10nm以上的孔利于丙酮的脱附，而不利于吸附，而且活性炭孔径与吸脱附的线性关系都不是十分显著，具有一定随机性。同时，Langmuir吸附等温线模型能很好的地描述丙酮在活性炭上的吸附行为，表明活性炭对丙酮的吸附行为以单分子层吸附为主。采用准一级方程、准二级方程及Bangham方程对活性炭吸附丙酮的实验数据拟合后，相关系数R2均在0.97以上，其中Bangham方程拟合效果最好。

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致谢

变量注释表

1 引言

1.1研究背景

1.2 活性炭的制备方法

1.3煤基活性炭的生产现状

1.4 煤基活性炭的生产工艺

1.5 烟煤制备活性炭的研究现状

1.6 煤基活性炭应用于挥发性有机物治理现状

1.7 活性炭孔隙结构对吸附挥发性有机物的研究现状

201.8主要研究内容

2 实验及分析测试方法

2.1 实验原料

2.2 实验试剂

2.3 实验仪器

2.4 柱状活性炭的制备

2.5 测试及计算方法

3 柱状活性炭最优配料比例的研究

3.1 D-最优混料设计

3.2 配煤比例对柱状活性炭的性能影响

3.3 配煤的黏结指数对柱状活性炭性能的影响

3.4 本章小结

4 工艺条件对柱状活性炭性能的影响

4.1 炭化温度

4.2 炭化升温速率

4.3 活化温度

4.4 本章小结

5 活性炭的丙酮动态吸附及脱附性能的研究

5.1 活性炭孔隙结构对丙酮动态吸脱附性能的影响

5.2 活性炭对丙酮的吸附等温线

5.3 活性炭吸附丙酮的动力学研究

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历