活性炭成型及其对天然气吸附性能的研究

【摘要】： 活性炭具有特殊的孔道结构和表面化学性质,是一种重要的吸附剂和催化剂载体,被广泛地应用于各个领域。常规方法制备的粉状活性炭存在粉尘污染,不利于使用,而成型活性炭具有一定的形状和尺寸,无粉尘污染,且单位体积的吸附量远高于粉状活性炭,使其在储存、运输、使用过程中极具优势,易于满足不同行业的多种需求。天然气作为车用燃料已在各国广泛应用,吸附储存天然气技术具有储存压力低、安全可靠等优点,开发应用前景良好,将成型活性炭用作天然气吸附剂极具优势,关键是如何制备高比表面积、高强度的成型活性炭。 本论文针对粉状活性炭成型过程中存在的问题进行了一系列研究,分别以三种不同方法制备了成型活性炭,并对其性质进行了评价。研究发现,以羧甲基纤维素(CMC)为粘结剂,三种不同原料制备的成型活性炭,经热处理后,碘值均比原活性炭小。同种原料制备的成型活性炭,粘结剂加入量越多,碘值越低,强度越高。以煤焦油为粘结剂CO2二次活化制备的成型活性炭,较未活化前比表面积有了较大的提高,孔径分布宽化,然而,其强度下降较多,耐磨损度较差。而以煤焦油作为粘结剂,添加KOH作为活化剂制备的成型活性炭,以木质基活性炭(GAC)为原料时,随KOH加入量的增加,碘值呈现先下降后上升的趋势,在KOH加入量较大的条件下,其碘值有了大幅提高,而侧压强度则在KOH与GAC质量比为0.5时达到了最大值。以石油焦基超级活性炭(SAC)为原料时,加入KOH之后,成型活性炭的微孔孔容、侧压强度较未加入KOH时增加,但其总孔容和比表面积下降了,随KOH加入量的增加,成型活性炭的比表面积和孔容增加,侧压强度有小幅提高。对比上述三种方法,第一种方法适合超级活性炭的成型,第二种方法次之,而第三种方法对碘值较低的粉状活性炭有很好的成型效果。 在自制的简易变压吸附装置上对成型活性炭进行天然气吸附性能的评价,发现成型活性炭对天然气的吸附主要是物理吸附过程,吸附量与碘值成正比,而与制备成型活性炭原料的种类无关。