高木质素废弃物制备功能化甲烷吸附材料及其工艺优化

摘要

活性炭具有发达的孔隙结构,是一种良好的吸附材料,在化工、环境保护、医药卫生和食品加工等方面都得到了广泛的应用。在我国,煤质活性炭在很长一段时间内都占据了主导地位,但随着能源问题的日益突出,生物质能源的资源化利用受到越来越多学者的关注,如何以生物质原料及其废弃物为原料来制备活性炭产品是当前的研究热点之一。农业上,生产糠醛产生大量的糠醛渣,其一般很难得到高效利用。本研究以含木质素为主的糠醛渣为原料,采用三种不同的活化剂,通过真空管式炉焙烧,制备出了不同品质的活性炭,研究和比较了它们各自的特性和不同,并在分离CH4和CO2过程中进行了功能性优化,最终确定了制备高分离系数活性炭的优化工艺。　　本文分别采用了物理活化法(CO2活化法)和化学活化法(H3PO4活化法和KOH活化法)来制备活性炭,考察了不同活化剂及用量和不同活化温度及时间对活性炭产品吸附性能的影响,并获得制备高比表面积活性炭的最佳工况。综合元素分析、氮气吸脱附等温线、孔容-孔径分布曲线、电镜扫描以及CH4和CO2在活性炭产品上的吸附等温线等分析结果可知,CO2活化法和H3PO4活化法更有利于以微孔为主并含有一部分中孔的产物生成;而KOH活化法则更易生成纯微孔型活性炭。CO2和H3PO4活化所得的微孔和中孔夹杂的活性炭产物对选择性分离CH4和CO2具有更明显的效果。　　本研究在CO2活化下获得的最高比表面积为845.367 m2/g,其对应制备条件为:原料颗粒大小为50目,CO2/N2=1:1,活化温度为1000℃,活化时间为210min;H3PO4活化下获得的最高比表面积为1953.651 m2/g,其对应制备条件为原料颗粒大小为50目,磷酸质量分数为55％,浸渍比为1:1,活化温度为500℃,活化时间为90min;KOH活化下获得的最高比表面积为1715.367m2/g,其对应制备条件为:原料颗粒大小为30目,KOH/C=3:1,活化温度为800℃,活化时间为90min。

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1 前言

1.1论文研究的背景及意义

1.2活性炭的制备方法

1.3本文主要工作

2实验部分

2.1实验材料与仪器

2.2实验方法

2.3活性炭的表征

3 CO2活化法制备活性炭

3.1糠醛渣为原料，CO2活化法活性炭的制备

3.2本章小结

4 H3PO4活化法制备活性炭

4.1糠醛渣为原料，H3PO4活化法制备活性炭

4.2本章小结

5 KOH活化法制备活性炭

5.1糠醛渣为原料，KOH活化法制备活性炭

5.2 本章小结

6不同活化方法制备的活性炭产物的选择吸附性比较

6.1三种活性炭产物的制备条件比较

6.2三种活性炭产物的得率、比表面积及平均孔径比较

6.3 CH4和CO2在三种活性炭产物上的选择吸附性

6.4 三种不同制备方法的成本分析与残留物分析

6.5 本章小结

7 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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