煤沥青制备球形活性炭的研究

分类号:TQ424.1密级:UDC:单位代码:10146学号:160089鞍山科技大学硕士学位论文论文题目:煤沥青制备球形活性炭的研究作者:代伟指导教师姓名:白金锋教授专业名称:化学工艺二○○四年三月鞍山科技大学硕士学位论文01级代伟鞍山科技大学硕士学位论文论文题目：煤沥青制备球形活性炭的研究StudyonthePreparationofSphericalActivatedCarbonBasedonCoalPitch研究生姓名：代伟指导教师姓名：白金锋教授单位：鞍山科技大学化工学院论文提交日期：答辩日期：学位授予日期：授予单位：论文评阅人：单位：单位：鞍山科技大学硕士学位论文目录目录引言............................................................11文献综述..........................................................21.1前言...........................................................21.2活性炭的发展概述...............................................21.2.1活性炭的发展历史...........................................22.1.2国内外活性炭发展概况.......................................31.3超级活性炭.....................................................31.3.1超级活性炭开发的历史和现状.................................41.3.2超级活性炭的制备...........................................41.3.3超级活性炭的性能...........................................61.4球形活性炭.....................................................71.4.1制备球形活性炭的原料.......................................71.4.2沥青基球形活性炭的制备方法.................................81.4.3球形活性炭的应用..........................................111.5开展本课题的研究思路...........................................122实验部分.........................................................142.1实验原料及设备................................................142.2煤沥青球的制备工艺过程.........................................142.3煤沥青球的预氧化处理...........................................152.4煤沥青球的炭化和活化工艺过程...................................152.5煤沥青球及球形活性炭的性能表征.................................162.5.1形貌分析..................................................162.5.2平均球形度的测定..........................................162.5.3比表面积和孔径分布的测定.................................162.5.4活性炭碘吸附值的测定......................................162.5.5活性炭苯吸附值的测定......................................162.5.6活性炭亚甲基蓝吸附值的测定................................173结果与讨论........................................................183.1制备煤沥青球的影响因素.........................................18鞍山科技大学硕士学位论文目录3.1.1原料煤沥青的预处理........................................183.1.2煤沥青球的制备............................................203.2煤沥青球的预氧化处理...........................................233.2.1预氧化温度对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响..............233.2.2预氧化时间对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响..............253.3炭化工艺条件对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响.................263.3.1炭化温度对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响................273.3.2炭化时间对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响................283.3.3炭化升温速率对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响............293.4活化工艺条件对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响.................293.4.1活化温度对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响................303.4.2活化时间对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响................313.4.3活化升温速率对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响............323.5添加KOH和ZNCL2对煤沥青基球形活性炭吸附性能的影响..............323.6水蒸汽流量对添加KOH和ZNCL2形成的球形活性炭吸附性能的影响......363.7本研究结果与文献值的比较.......................................374结论.........................................................39有待于进一步开展的研究工作..........................................40参考文献致谢鞍山科技大学硕士学位论文摘要摘要煤沥青基球形活性炭是一种新型高效吸附功能材料，由于它具有比表面积高，微孔分布均匀且吸附性能优良等特点，已得到许多研究者的关注。本文以煤沥青为原料，采用悬浮法制备了煤沥青球，并经过炭化、活化和添加ZnCl2和KOH化学品制备了球形活性炭。实验中考察了原料煤沥青的溶解性能和成球条件对煤沥青成球性能的影响，探讨了煤沥青球的预氧化、炭化和活化等工艺条件对煤沥青基球形活性炭碘值、苯值和亚甲基蓝吸附值的影响规律；同时，采用比表面积测定仪和扫描电镜对所制备的沥青球或球形活性炭进行了性能表征。结果表明，采用悬浮法制备沥青球时，水溶液与含吡啶的沥青溶液体积比为0.8:1时，适宜的成球温度为90℃、搅拌速度为200rpm及搅拌时间为20min，由此可制备出平均球形度大于0.95和粒径为20~30μm的沥青球；将所制备的沥青球经过预氧化温度280℃、预氧化时间6小时和炭化温度700℃、炭化时间40min及升温速率5℃/min的适宜条件下，可制备出比表面积1002m2/g、碘值、苯值和亚甲基蓝吸附值分别为969mg/g、485mg/g和183mg/g的沥青基球形活性炭。为了进一步提高球形活性炭的吸附性能，实验研究了添加ZnCl2和KOH及采用水蒸汽活化处理来提高其吸附性能。在上述适宜的炭化条件下，保持添加剂KOH与煤沥青的质量比为3:1时，可制备出比表面积2032m2/g，碘值、苯值和亚甲基蓝吸附值分别为1904mg/g、786mg/g和340mg/g，且沥青基球形活性炭的微孔径主要集中分布在2~3nm左右的超级活性炭；当活化用水蒸汽流量为4ml/min时，在900℃活化条件下，可制备出比表面积为1310m2/g，碘值、苯值和亚甲基蓝吸附值分别为1262mg/g、697mg/g和224mg/g的球形活性炭；特别是在添加剂KOH的含量与煤沥青质量比为3:1时，通过活化处理后，可以使沥青基球形活性炭的比表面积达到2365m2/g，碘值、苯值和亚甲基蓝吸附值分别达到2256mg/g、1068mg/g和390mg/g。关键词：煤沥青，球形活性炭，炭化，活化，吸附性能ABSTRACTSphericalactivatedcarbonbasedoncoalpitchisanewkindofadsorptionmaterialofhigh鞍山科技大学硕士学位论文摘要functions.Becauseofhighsurfacearea，narrowporousdistributionandbetteradsorptionproperties，ithasbeenreceivedmoreandmoreattentionbymanyresearchersintheworld.Inthethesis,coal-tarpitchwasusedasrawmaterialtoproducecoalpitchspheresbysuspensionmethod,thecoalpitchsphereswerethenturnedtosphericalactivatedcarbonbyprocesseswhichincludingstabilization,carbonization,activationandaddingZnCl2andKOHadditivesintheexperiment.Solubilityandsphericityofthecoalpitchwerediscussed,andeffectsoftheconditionsofstabilization,carbonizationandactivationontheiodinebenzeneandMethyienebluewereinvestigated,thespecificsurfaceareaSEMwereusedtoanalyzecoalpitchspheresorsphericalactivatedcarbonsimultaneouslyinthetest.Theresultsshowthatsphericityofthecoalpitchspheresisover0.95andthespheresizeisintherangeof20~30μmatthevolumeratioofaqueoussolutionandsuspensionliquidcontainingcoal-tarpitchsolvedinpyridineis0.8:1,andsuitablesphericizingconditions:thetemperature,90℃;stirspeed,200rpm；stirtime,20min.Thesphericalactivatedcarbonweremadefromthepitchspheresatthestabilizationtemperature280℃andtime6hr;carbonization700℃andholdingtime40minandtemperatureincreaserate5℃/min;fromthea