配煤制备高比表面煤基活性炭的研究

【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 m_2·g~(-1)。 以KOH为活化剂,配煤活化反应速率在800~950℃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3.1382×10~4。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k_2为1.9515×10~(-2) g·mg~(-1)·min-1。