新疆昌吉烟煤制备柱状活性炭的实验研究

发布时间：2020-06-20 13:10

【摘要】：新疆烟煤资源丰富,种类齐全,且具有灰分低,反应活性好的特点,采用新疆烟煤制备活性炭有很大发展空间。为制备得到高强度、高吸附性能的柱状活性炭,本文对新疆烟煤制备活性炭的配料比例及工艺条件进行研究,具体研究内容如下:本文选择了新疆昌吉地区的不黏煤、弱黏煤及气肥煤,采用D-最优混料实验设计方法,对活性炭的强度、碘值、亚甲基蓝值进行多次多项式回归拟合,建立了配煤比例与三种指标之间的回归模型。使用模型对三种活性炭指标进行同步优化得到了最佳配煤比例,并通过实验对沥青添加量进行优化。结果表明,最佳的配料比例为不黏煤:弱黏煤:气肥煤=10:85:5,沥青添加量5%。采用所得最佳配比,通过对炭化温度、炭化升温速率及活化温度参数的研究,以柱状活性炭强度、碘值、亚甲基蓝值及孔隙分布为指标,得到最佳工艺条件为:炭化温度600℃,炭化升温速率12℃/min,活化温度900℃。制得柱状活性炭的性能为:烧失率65.3%时,强度96.3%,碘值1097.6 mg/g,亚甲基蓝值304.4 mg/g,比表面积1321.1 m~2/g,孔容0.7756 cm~3/g,平均孔径2.3484 nm。针对选用的昌吉烟煤,在一定比例的煤焦油添加量的条件下,活性炭烧失率为60%左右时,为使活性炭转鼓强度达到95%,配煤的黏结指数须达到5以上,同时配煤黏结指数的增长,将使活性炭碘值、亚甲基蓝值出现下降的趋势。本文提出了采用配煤的黏结指数来预测活性炭性能的方法,可以快速确定活性炭原煤配比的实验范围,大幅提高寻找活性炭最优配煤比例的效率。采用所得最佳配比,在炭化升温速率12℃/min,炭化温度600℃,活化温度880℃条件下制得烧失率为55.7%的活性炭。在丙酮浓度为1000 mg/m~3,常压恒温30℃下,丙酮饱和吸附量达到了82.3 mg/g,穿透吸附量达到了63.8 mg/g,而且在30℃,压力6kPa下,脱附率达到了74.96%,具有较好的丙酮工作容量。总体上,在200~1000 mg/m~3的丙酮进气浓度下,活性炭1.10 nm以下的孔对丙酮的吸附是有利的,而1.10 nm以上的孔利于丙酮的脱附,而不利于吸附,而且活性炭孔径与吸脱附的线性关系都不是十分显著,具有一定随机性。同时,Langmuir吸附等温线模型能很好的地描述丙酮在活性炭上的吸附行为,表明活性炭对丙酮的吸附行为以单分子层吸附为主。采用准一级方程、准二级方程及Bangham方程对活性炭吸附丙酮的实验数据拟合后,相关系数R~2均在0.97以上,其中Bangham方程拟合效果最好。该论文有图37幅,表26个,参考文献96篇。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ424.11
【图文】：

活化装置

2 实验及分析测试方法钳取出炭化杯，在空气中冷却至室温，取出炭化料条，称得质量，计算炭化得率。2.4.4 物理活化称取一定量的炭化料条，置于耐高温的不锈钢管中，两端采用 T 型不锈钢圆形挡板将炭化料控制在不锈钢管的中间区域，使料条在活化过程中处于管式炉的恒温区域，同时可以将水汽通入管内恒温区域参与活化反应。T 型不锈钢挡板采用耐高温的硅胶塞固定，同时为硅胶塞缠绕聚四氟乙烯生料带，以确证系统的气密性。当管式炉温度达到炭化料的炭化终止温度时，将炭化料置于管式炉，使用蠕动泵以 0.3mL/min 的速率通入去离子水，在管内形成水蒸气以吹扫剩余空气。待到管式炉到达设定的活化温度时，调整通入速率至 0.01 mL·min-1·g-1，开始记录活化所用时间。为保证料条都能活化均匀，在活化过程中每隔 7min 进行摇晃旋转，活化过程中产生的尾气以一氧化碳为主，因此必须将尾气点燃，同时必须使用一氧化碳气体浓度报警器，以防发生气体中毒。待活化结束，取出样品，称得质量，计算活化烧失率。活化过程的实验装置如图 2-2 所示。

脱附,丙酮,质量,吸附柱

硕士学位论文 = （2- = （2- —活性炭吸附后的质量+吸附柱的质量，g； —活性炭脱附后的质量+吸附柱质量，g； —丙酮的脱附量，g； —活性炭质量，g —丙酮的脱附率， %。

【参考文献】