生物基活性炭的制备与脱硫性能研究

摘要

能源是现代工业的支柱，是国民经济的重要物质基础，为可持续发展提供了动力。石油和生物质都是利用最为广泛的几种能源之一。在石油炼制和生物质裂解过程中会产生大量的固体废弃物：石油焦和生物焦。如果能将这些焦炭加以利用，不仅可以增加经济效益而且能够减少废物排放降低环境污染。 论文综合生物焦结构疏松、机械强度低的特点和石油焦结构致密、机械强度高特点，首先将生物质（木屑或浒苔）和减压渣油混合后共焦化制备得生物基共炼焦，经过提高亲水性和除灰分的预处理后高温焙烧，制备生物基炭材料。筛选出最佳的亲水剂为 HNO3，考察了木屑和浒苔的比例对炭材料的表面含氧官能团、比表面积和孔结构的影响，并利用红外、XRD、BET等手段进行了表征分析。 为了提高生物基炭材料的比表面积、丰富其孔结构，以固体碱为活化试剂对生物基炭材料进行活化，制备大比表面积的生物基活性炭。初步考察了不同碱炭比、活化温度、活化时间、固体碱种类等实验条件对所制得活性炭孔隙结构的影响。得到最佳活化条件为：以研磨法加碱活化，以 KOH为活化剂，碱炭质量比选择 3:1，800℃下活化 1h。接着分别考察了木屑和浒苔的加入量对活性炭的表面性状和孔道结构的影响。得到比表面积最好的活性炭分别为MC1K3（2133.3 m2/g）和HC4K3（2351.6 m2/g）。 论文最后研究了生物基活性炭在油品吸附脱硫中的应用。探索最佳的脱硫实验条件，对不同的活性炭材料进行脱硫性能考察并分析构效关系，其中 MC1K3的效果最好，脱硫率为 22.6wt%。随后对 MC1K3 样品进行金属负载改性，结果表明负载了金属的活性炭的脱硫性能均有所提高，其中Ni负载改性的效果最好，材料脱硫率可提高到 32.4wt%。最后对其脱硫机理进行了初步探索，认为负载了金属的活性炭可与油品中的硫化物（噻吩或苯并噻吩及其衍生物）以络合形式结合提高脱硫性能。

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