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    不同種類粉狀活性炭制備成型活性炭的研究

    2021-11-23 產品知識

    不同種類粉狀活性炭制備成型活性炭的研究

    活性炭具有良好的吸附和催化性能,在污水處理、煙氣凈化等環保領域應用較廣,通過一般的炭化、活化方法生產出的活性炭均為粉狀活性炭,使用、運輸較為不便,容易造成粉塵污染,對其應用有一定的限制。而成型活性炭具有明顯的優勢,易于滿足不同行業的多種需求,因此,成型活性炭作為新一代的功能吸附材料逐漸得到發展。成型活性炭作為吸附材料,在傳統的活性炭應用領域具有廣闊的應用空間,而其作為電極材料、天然氣儲存材料、儲氫材料、制冷吸附劑、催化劑載體等新興材料,更是掀起了成型活性炭的研究熱潮。

    1、實驗部分

    首先將不同種類的活性炭粉碎并篩分出<100目的顆粒作為原料,稱取不同質量的羧甲基纖維素(CMC),溶于過量水中,然后加入粉狀活性炭原料,在室溫下攪拌3h,接著,放置于100℃烘箱內烘干呈粘稠狀,取出并于室溫下壓縮成型,型炭于250℃熱處理90min, 即可得到成型活性炭。

    粉狀活性炭及成型活性炭的碘值依照美國ASTM標準D4607-94(2006)中規定的方法進行測定,成型活性炭的強度采用催化劑顆粒強度試驗機測試,以成型活性炭徑向側壓所得壓力作為其機械強度,數值為三個樣品所測得結果的算術平均值。

    2、結果與討論

    表1不同粘結劑加入量對SAC制備成型活性炭的影響

    樣品 CMC:SAC wt 堆密度g/cm3 燒失率% 碘值 側壓強度N
    熱處理前 熱處理后
    SAC 0 0.46 - 1483  
    1# 0.15:1 0.62 0.52 16.1 1315 4.3
    2# 0.20:1 0.67 0.55 17.9 1277 14.2
    3# 0.25:1 0.75 0.58 22.7 1234 53.6
    4# 0.30:1 0.81 0.6 25.9 1161 98.4
    5# 0.35:1 0.89 0.63 29.2 1061 145.3

    實驗選取三種粉狀活性炭的碘值分別為:GAC:538,CAC:986,SAC:1486。首先以SAC為原料制備成型活性炭,由表1可以看出,粘結劑CMC的加入,成型活性炭的堆密度比粉狀活性炭有了明顯的增加,而碘值有了一定程度的減小。隨著粘結劑加入量的增加,成型活性炭的堆密度增加,燒失率增加,強度也增加,但碘值呈現降低的趨勢,這是由于隨粘結劑添加量的增多,粘結劑對活性炭孔隙的堵塞趨于嚴重,所以其碘值降低了。成型活性炭堆密度增加的原因一般可歸于兩個方面:一是壓縮成型后活性炭顆粒間空隙減小,堆密度增加;二是由于添加的粘結劑的密度大于活性炭密度,粘結劑添加后,勢必會使成型活性炭堆密度變大。而在本實驗過程中,成型壓力一定,所以實驗結果中堆密度的增加主要源自于粘接劑用量的增加,而且隨粘結劑的含量增多,其粘結性能變得更好,因此其強度也增加,又由于粘結劑在熱處理時大量分解,因此,隨著其含量的增加,型炭的燒失率增加。

    圖1不同原料活性炭所制備成型活性炭的碘值

    不同種類的粉狀活性炭經粘結成型后,碘值下降的程度也不同。如圖1所示,CMC添加量與活性炭質量比分別為0.15:1、0.20:1時,以SAC制備的成型活性炭的碘值均為較大,其次為CAC,而GAC較小。即在相同粘結劑添加量時,粉狀活性炭碘值越大,所制成型活性炭的碘值也越大。這是由于原料活性炭的孔容越大,其單位體積所含的粘結劑就越少,堵塞的程度就越小。

    圖2不同原料活性炭所制備成型活性炭的側壓強度

    由圖2可以看出,在粘結劑加入比例一定的條件下,所選用的三種活性炭中,GAC的側壓強度較大,SAC的較小,而CAC則處于中間狀態,該順序與三種活性炭的孔隙發達程度正好一致。這首先是由于活性炭的孔隙越發達,其孔容就越大,顆粒密度就越小,單位質量活性炭的體積就越大。所以,以單位體積活性炭進行衡量時,孔容小的活性炭GAC占有的粘結劑量相對較多。由于活性炭顆粒的粘結成型發生在活性炭的表面上,活性炭單位外表面積占有的粘結劑越多,粘結效果就越好。因此在粘結劑添加量(wt)相同時,活性炭GAC的側壓強度大于活性炭SAC。另一方面,粘結劑不僅會包覆在活性炭的外表面,而且也會有部分粘結劑滲入到活性炭孔隙中,活性炭的孔隙越不發達,孔容越小,粘結劑能滲入到活性炭孔隙中的量就越小,保留在活性炭外表面上的粘結劑量就越多,故活性炭GAC的孔隙結構較不發達,粘結劑能滲透到活性炭孔隙中的量比其它兩種活性炭的少,相應地保留在活性炭外表面上的粘結劑就多,從而較易達到較高的側壓強度。因此,活性炭的孔隙結構顯著地影響活性炭在膠接時的成型強度。所以,CMC作為粘結劑,在粘結劑添加量相同的情況下,原料活性炭的孔隙結構越發達,膠結成型時的強度就越差。

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