配煤制备高比表面煤基活性炭的研究

论文摘要

高比表面积活性炭由于具有发达的微孔结构和大的吸附容量,被广泛用于燃料气储存、气体分离、超级电容器、催化反应等方面。黑龙江省作为煤炭大省,其丰富的煤炭资源为活性炭产业的发展提供了有利的条件。本研究以黑龙江三种不同煤种七台河煤、依兰煤和鸡西煤为原料,运用正交实验方法,采用KOH化学活化法在氮气保护下制备高比表面积活性炭,以所得活性炭的碘吸附值为考察指标,比较三种煤制备活性炭的优劣并确定最佳工艺条件。结果表明:经酸洗脱灰的七台河煤,活化温度850℃,炭活化时间120 min,碱炭比5/1为最佳实验条件。在此条件下所得活性炭的碘吸附值已达1946 mg·g-1,比表面达到1721 m2·g-1。将七台河煤与依兰煤进行配煤实验研究,结果表明:七台河煤与依兰煤配比1/1,碱炭比6/1,活化温度850℃,炭活化时间120 min时活性炭的吸附性能最佳。其主要影响因素依次为原料煤配比、碱炭比、活化温度和炭活化时间。在此条件下所得活性炭的碘吸附值可达1973 mg·g-1,比表面达1735 m2·g-1。以KOH为活化剂,配煤活化反应速率在800950℃范围内,对烧失率B为一级反应,由阿仑尼乌斯公式可求出反应活化能为101.4032 kJ·mol-1,指前因子为3.1382×104。配煤制活性炭对苯酚吸附符合Freundlich吸附等温模型,其对苯酚的吸附量随温度的升高而下降,吸附热力学参数△H为-9.6108 kJ·mol-1,△S为-20.0541 J·mol-1·K-1,△G均为负值;其对苯酚的吸附符合二级吸附动力学模型,吸附速率常数k2为1.9515×10-2g·mg-1·min-1。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 活性炭的种类和结构
• 1.2.1 活性炭的种类
• 1.2.2 活性炭的结构
• 1.3 煤基活性炭的制备原料
• 1.3.1 原料的选择
• 1.3.2 配煤制备活性炭
• 1.4 煤基活性炭的制备工艺
• 1.4.1 气体活化法
• 1.4.2 化学活化法
• 1.5 高比表面活性炭的应用
• 1.6 高比表面活性炭的研究现状及发展前景
• 1.7 课题的提出及意义
• 1.7.1 课题的提出
• 1.7.2 课题研究的意义及内容
• 1.8 课题的来源
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料与试剂
• 2.1.1 煤种的选择
• 2.1.2 活化剂的选择
• 2.1.3 其它试剂
• 2.2 实验仪器与设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 活性炭制备的工艺流程
• 2.3.2 活性炭制备的实验步骤
• 2.3.3 活化反应动力学实验
• 2.3.4 活性炭吸附动力学实验
• 2.3.5 活性炭吸附热力学实验
• 2.4 正交实验设计
• 2.5 产品性能的测试及数据处理
• 2.5.1 比表面积的测定
• 2.5.2 碘吸附值的测定
• 2.5.3 烧失率的计算
• 2.5.4 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 实验结果与讨论
• 3.1 KOH 活化黑龙江典型煤种制备活性炭的实验
• 3.1.1 活性炭制备实验方案
• 3.1.2 实验结果及因素分析
• 3.1.3 工艺参数的影响分析
• 3.2 KOH 活化配煤制备活性炭的实验
• 3.2.1 配煤制备活性炭实验方案
• 3.2.2 配煤制备活性炭实验结果及分析
• 3.2.3 扫描电子显微镜（SEM）结果分析
• 3.3 配煤制备活性炭的动力学考察
• 3.3.1 活性炭制备活化动力学理论
• 3.3.2 KOH 活化法炭活化反应速率
• 3.3.3 原料中挥发分对炭活化反应的影响
• 3.3.4 炭活化温度对反应速率的影响
• 3.4 配煤制备活性炭吸附动力学及热力学考察
• 3.4.1 活性炭吸附理论
• 3.4.2 活性炭吸附速率方程
• 3.4.3 活性炭吸附等温模型
• 3.4.4 温度对活性炭吸附性能的影响
• 3.5 KOH 活化反应机理探讨
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文