玉米芯中孔炭的制备及应用研究

论文摘要

活性炭作为最常见的吸附剂广泛应用于人类生产实践当中。活性炭孔隙发达比表面积大,拥有很强的吸附能力。微孔活性炭比表面积很大（2000-3000m2g-1）常用于气体吸附,中孔活性炭因其具有较大的孔径和孔容和相对较高的比表面积,更适合负载催化剂等化学物质,应用在材料化工及生物工程等领域,因此中孔活性炭材料的制备引起人们的广泛兴趣。世界能源形势日趋严峻,开发利用合适的新能源成为当前的迫切任务。天然气的主要成份为甲烷,是一种储量丰富的清洁能源。研究表明预吸附水的活性炭用于天然气存储,可大大提高天然气储量。在本论文的研究中,以玉米芯为原料,采用磷酸活化法制备了具有较高比表面积和较大中孔孔容的活性炭。考察了浸渍比,浸渍温度,磷酸浓度,浸渍时间,活化温度,活化时间对产品性质的影响。通过正交实验得到制备中孔炭PMC-1的优化条件,所得中孔炭孔容达到1.72cm3g-1,比表面积1610m2g-1,中孔比率高达66%。文章中考察了氮气、甲烷、氢气、二氧化碳在中孔活性炭及微孔活性炭上的吸附性能的差异,探究了孔径分布对气体吸附的影响,发现比表面相当的活性炭上,微孔炭上气体吸附量更大。在甲烷湿储方面的研究发现,预吸附水的中孔活性炭PMC-1上有甲烷水合物生成,水炭比Rw=1.95时,在277.15K下7.5MPa时甲烷最大储量为17%,远大于相同条件下干炭上甲烷储量。实验还研究了水炭比、孔径分布、表面性质和温度对甲烷湿储的影响。发现中孔孔容较大且孔径较集中在2-3nm的疏水表面活性碳上甲烷湿储量较高,277.17K下9MPa时BY-2-6（Rw=1.03）上甲烷储量可达28%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 活性炭的制备
• 1.1.1 磷酸活化法制备中孔活性炭
• 1.1.1.1 开发活性炭产品
• 1.1.1.2 研究探讨活化机理
• 1.1.1.3 降低活性炭灰分，改进活化设备
• 1.1.2 中孔活性炭的应用前景
• 1.1.2.1 物质的吸附分离
• 1.1.2.2 催化剂及载体
• 1.2 天然气存储
• 1.2.1 压缩存储
• 1.2.2 液化天然气
• 1.2.3 吸附天然气
• 1.2.4 天然气水合物
• 1.2.5 其它存储技术
• 1.3 气体水合物
• 1.3.1 气体水合物的研究历史和现状
• 1.3.2 水合物的性质
• 1.3.3 气体水合物储存技术
• 1.3.3.1 水合物的相平衡研究
• 1.3.3.2 水合物的动力学研究
• 1.3.3.3 水合物分解
• 1.3.3.4 水合物的人工合成研究
• 1.4 本论文的研究工作
• 第二章 活性炭材料的表征
• 2.1 吸附等温线
• 2.2 滞后回线与孔形
• 2.3 比表面积的测定
• 2.3.1 BET 方法
• 2.3.2 经验方法
• 2.3.3 D-R 方法
• 2.4 孔径分布
• 2.4.1 压汞法
• 2.4.2 基于 Kelvin 方程的方法
• 2.4.3 密度函数理论与分子模拟
• 2.4.4 H-K 模型
• 第三章 活性炭的制备
• 3.1 活性炭的制备方法
• 3.1.1 原材料
• 3.1.2 实验装置
• 3.1.2.1 磷酸活化实验装置
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.3.1 二氧化碳物理活化实验步骤
• 3.1.3.2 KMC 制备方法及步骤
• 3.1.3.3 磷酸活化实验步骤
• 3.2 活性炭的表征
• 3.2.1 低压吸附测定
• 3.2.1.1 实验装置
• 3.2.1.2 参比槽体积确定
• 3.2.1.3 吸附剂准备
• 3.2.1.4 吸附槽内自由空间体积确定
• 3.2.1.5 吸附平衡测定
• 3.2.1.6 吸附量计算
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 磷酸活化条件及其影响
• 3.3.1.1 各因素对实验结果的影响大小
• 3.3.1.2 影响孔容的主要因素
• 3.3.1.3 影响比表面积的主要因素
• 3.3.1.4 磷酸活化机理探究
• 3.3.1.5 优化条件下活性炭的物理性质
• 3.4 小结
• 第四章 自制活性炭气体吸附性能研究
• 4.1 实验
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 高压吸附测定
• 4.1.2.1 实验装置
• 4.1.2.2 参比槽有效体积的确定
• 4.1.2.3 吸附槽自由空间体积的确定
• 4.1.2.4 吸附等温线的测定
• 4.1.3 吸附剂的表征
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 孔径分布对气体吸附性能的影响
• 第五章 中孔活性炭湿储甲烷研究
• 5.1 实验
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 实验原料
• 5.1.3 样品制备与表征
• 5.1.4 高压吸附等温线测定
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 PMC-1 上甲烷水合物生成
• 5.2.2 水炭比对甲烷存储量的影响
• 5.2.3 孔径分布对甲烷水合物形成的影响
• 5.2.3.1 甲烷在不同含水量 P9 上的吸附等温线
• 5.2.4 活性炭表面性质不同对甲烷水合物的影响
• 5.2.5 BY-2-6 湿储甲烷效果
• 5.2.6 温度对活性炭材料湿储甲烷的影响
• 5.2.7 甲烷水合物的生成焓计算
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢