核桃壳废弃物流态化物理活化法制备活性炭的研究

摘要

人类正面临着巨大的能源与环境压力，生物质能源是未来十分重要的一种可替代能源，而生物质能源在我国的利用率很低，大部分农林废弃物被直接填埋或焚烧，既污染环境又浪费资源。如果能将这些生物质能资源作为制备活性炭的原料，将会大大优化我国能源的开发和利用，极大缓解能源短缺、资源匮乏、环境恶化等一系列重大问题。这也是目前的研究热点。
　　活性炭孔隙结构发达、比表面积高、吸附能力强，是一种优良的吸附材料，广泛应用于环保、农业、国防、化工、医药等领域。随着科学技术的飞速发展，市场对活性炭的需求量越来越大。本文采用农业废弃物核桃壳为原料，二氧化碳为活化气体，在流态化条件下，通过物理活化法制备活性炭。活化温度，活化时间是本实验的主要研究参数，通过比表面积孔结构分析仪测试不同工艺条件下制备的活性炭在77K时N2的吸附等温线、比表面积、孔容积等参数，评价这种新型工艺路线制得的核桃壳活性炭的产品质量。
　　结果表明，不同活化温度，活化时间所制备的活性炭的N2吸附等温线均属于Ⅰ型吸附等温线。实验制备的核桃壳活性炭具有良好的微孔结构。活化温度的增加，促进了微孔的形成，而随着活化时间的延长，活性炭的微孔结构先增加后减少。在流态化状态下，活化温度900℃，活化时间为2小时，采用二氧化碳物理活化法可以制得具有发达孔隙结构的活性炭产品，获得的最大比表面积和D-R微孔容积分别为741.45m2/g和0.2448cm3/g。另外，用CO2和N2的混合气体活化可以得到令人满意的孔隙结构的活性炭产品，所以在流化条件下，用物理活化法，烟道气（主要成分为N2和CO2）作为活化气体制备活性炭具备开发潜力。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 引言

1．2 生物质能概述

1．2．1 生物质能资源

1．2．2 生物质能资源的特点

1．2．3 生物质能开发的关键及其发展趋势

1．3 流态化技术

1．3．1 流化床的气体动力学

1．3．2 流态化技术的特点

1．3．3 流态化技术的应用及发展

1．4 活性炭

1．4．1 活性炭的应用

1．4．2 活性炭的性质及分类

1．4．3 活性炭的制备

1．4．4 物理活化法制备活性炭的研究进展

1．4．5 活性炭的发展趋势

1．4．6 其他活性炭物质

1．5 研究的目的和意义

1．6 本论文研究内容

2 实验部分

2．1 实验装置

2．1．1 流化床反应器

2．1．2 温度控制系统

2．2 主要实验仪器及设备

2．3 实验设计

2．3．1 核桃壳活性炭的制备

2．3．2 核桃壳热解过程实验

2．3．3 最小流化速度的确定

3 核桃壳活性炭孔结构分析

3．1 活化温度对核桃壳活性炭产品的影响

3．1．1 N2吸-脱附等温线分析

3．1．2 活化温度对产品得率的影响

3．2 不同活化时间对活性炭产品的影响

3．2．1 N2吸-脱附等温线分析

3．2．2 活化温度对产品得率的影响

3．3 全部吸-脱附等温曲线综合分析

3．4 核桃壳活性炭比表面积分析

3．5 核桃壳活性炭孔径分析

3．5．1 核桃壳活性炭BJH中孔孔径分布分析

3．5．2 核桃壳活性炭MP微孔孔径分布分析

4 流态化物理活化法制备活性炭的应用

4．1 研究背景

4．2 实验部分

4．3 混合气体活化制得的活性炭孔隙结构分析

4．4 本章小节

5 结论

6 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢