块状活性炭材料的制备及其吸附性能的研究

论文摘要

采用两种不同工艺方法，成功制备出了吸附性能和力学性能良好的块状活性炭材料，考察了制备工艺条件对块状活性炭材料结构及性能的影响，并对研制样品的各种性能作了研究。分别以粉状活性炭和生石油焦为主要原料，考察粘结剂（羧甲基纤维素、沥青和改性酚醛树脂），活化剂（氢氧化钾、碳酸钠和氯化锌），添加剂（竹炭、生石油焦、煅后石油焦、锯屑和陶瓷粉料）等非吸附基体材料物质的种类和用量对成型块状活性炭吸附性能和强度的影响，研究制备的样品具有要求的强度，较好的吸附性能，可循环使用，加工性能好并且成本低的特点，这种块状活性炭材料既可以起到对室内空气的净化又是一种很好的装饰品。采用过0.15mm筛的生石油焦粉为原料，与KOH为活化剂进行干混，当碱炭比为4，炭化活化温度为800℃，保温时间为90min时的工艺条件下制备出粉状活性炭材料，其BET比表面积为1438.99m2.g-1，总孔容为0.7013ml.g-1，苯吸附值为828mg.g-1，碘吸附值为1703mg.g-1，亚甲基蓝吸附值为918mg.g-1。以自制的粉状活性炭为主要基体原料，沥青粘结剂25%（以基体材料质量为100%另外添加的百分质量数，下同）、氢氧化钾活化剂5%、锯屑添加剂25%，经磨粉、配料、混捏、15MPa成型和800℃炭化活化制备的块状活性炭材料，其甲醛吸附率为239mg.g-1，抗压强度2.7MPa，比表面积1598.74m2.g-1，总孔容0.8456ml.g-1。选择灰分含量低，挥发分含量高的生石油焦粉为主要基体原料，高温改质沥青粘结剂25%，氢氧化钾活化剂10%，陶瓷粉料添加剂20%，经磨粉、配料、混捏、15MPa压力成型和800℃炭化活化制备的块状活性炭材料，其甲苯吸附值为41.9mg.g-1，抗压强度8MPa，比表面积571.58m2.g-1，总孔容0.2760ml.g-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 表格索引
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 活性炭的吸附性能
• 1.2.1 基本概念
• 1.2.2 化学吸附与物理吸附
• 1.2.3 静态吸附理论
• 1.2.4 活性炭吸附能力的影响因素
• 1.3 活性炭的制备方法
• 1.3.1 物理活化法
• 1.3.2 化学活化法
• 1.4 活性炭材料的改进工艺
• 1.4.1 在前躯体中添加造孔剂控制活性炭材料的孔径分布
• 1.4.2 利用聚合物共混法控制活性炭材料的孔径分布
• 1.4.3 利用炭化条件控制活性炭材料的孔径分布
• 1.4.4 利用活化条件控制活性炭材料的孔径分布
• 1.4.5 利用热收缩控制活性炭材料的孔径分布
• 1.4.6 对活性炭的表面性质进行改性
• 1.5 活性炭材料在室内空气污染控制中的应用
• 1.5.1. 挥发性有机气体的净化
• 1.5.2 无机气体的净化
• 1.5.3 微生物的处理
• 1.5.4 香烟烟雾的净化
• 1.6 块状活性炭材料的研究现状及应用
• 1.6.1 块状活性炭材料的制备方法
• 1.6.1.1 天然植物材料炭化活化法
• 1.6.1.2 碳质前驱体人工成型法
• 1.6.1.3 活性炭粘结成型炭化活化法
• 1.6.2 块状活性炭材料的应用
• 1.7 课题的提出和研究内容
• 第2章 块状活性炭的结构表征及其性能测定方法
• 2.1 活性炭比表面积及其孔结构的测定
• 2.1.1 吸附-脱附等温线和总孔体积
• 2.1.2 BET 比表面积
• 2.1.3 BJH 孔径分布
• 2.2 活性炭吸附性能的测定
• 2.2.1 挥发性有机化合物吸附值的测定
• 2.2.2 碘吸附值的测定
• 2.2.3 亚甲基蓝吸附值的测定
• 2.3 体积密度的测定
• 2.4 活性炭抗压强度的测定
• 2.5 活性炭洛氏硬度的测定
• 2.6 活性炭肖氏硬度的测定
• 2.7 扫描电镜分析
• 2.8 红外光谱分析
• 2.9 综合热分析
• 第3章 粉状活性炭制备块状活性炭材料性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 块状活性炭材料的制备及表征
• 3.2.1 制备工艺
• 3.2.2 块状活性炭的 SEM 表征
• 3.3 粉状活性炭的制备及性能研究
• 3.3.1 活化剂用量对粉状活性炭收率及吸附性能的影响
• 3.3.1.1 碱炭比对生石油焦粉制备的粉状活性炭收率及吸附性能的影响
• 3.3.1.2 碱炭比对无烟煤粉制备的粉状活性炭收率及吸附性能的影响
• 3.3.2 生产工艺条件对粉状活性炭收率及吸附性能的影响
• 3.3.2.1 原料粒度及混料方式对粉状活性炭收率及吸附性能的影响
• 3.3.2.2 炭化活化温度对粉状活性炭收率及吸附性能的影响
• 3.3.2.3 炭化活化时间对粉状活性炭收率及吸附性能的影响
• 3.3.3 粉状活性炭经处理后对不同吸附质吸附及脱附效果的影响
• 3.4 由粉状活性炭制备块状活性炭材料及其性能研究
• 3.4.1 粉状活性炭吸附性能对块状活性炭材料吸附性能的影响
• 3.4.2 成型压力对块状活性炭材料性能的影响
• 3.4.3 热处理条件对块状活性炭材料吸附性能的影响
• 3.4.4 粘结剂种类及加入量对块状活性炭材料性能的影响
• 3.4.4.1 单一粘结剂及其加入量对块状活性炭材料性能的影响
• 3.4.4.2 混合粘结剂及其加入量对块状活性炭材料性能的影响
• 3.4.5 活化剂种类及加入量对块状活性炭材料性能的影响
• 3.4.6 添加剂及加入量对块状活性炭材料性能的影响
• 3.4.6.1 炭质添加剂种类及加入量对块状活性炭材料性能的影响
• 3.4.6.2 锯屑粉末添加剂及加入量对块状活性炭材料性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 石油焦粉制备块状活性炭材料性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 块状活性炭材料的制备及表征
• 4.2.1 制备工艺
• 4.2.2 块状活性炭材料的 SEM 表征
• 4.3 生石油焦制备块状活性炭材料的性能研究
• 4.3.1 吸附性基体原料对块状活性炭性能的影响
• 4.3.2 生石油焦的选择
• 4.3.2.1 生石油焦种类的选择
• 4.3.2.2 生石油焦粒度的选择
• 4.3.3 工艺条件对块状活性炭材料性能的影响
• 4.3.3.1 成型压力对块状活性炭材料吸附性能及抗压强度的影响
• 4.3.3.2 炭化活化工艺过程对块状活性炭材料性能的影响
• 4.3.4 粘结剂对块状活性炭材料性能的影响
• 4.3.4.1 煤沥青加入量对块状活性炭材料吸附性能及抗压强度的影响
• 4.3.4.2 酚醛树脂加入量对块状活性炭材料吸附性能及强度的影响
• 4.3.5 活化剂对块状活性炭材料性能的影响
• 4.3.6 添加剂对块状活性炭材料性能的影响
• 4.3.6.1 锯屑添加剂对块状活性炭材料吸附性能及强度的影响
• 4.3.6.2 添加陶瓷粉料对炭化后块状活性炭材料吸附性能及强度的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢