生物质活性炭的制备、成型及活化机理研究

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活性炭是一种高吸附性能的碳材料,由于其丰富的孔结构,发达的比表面积和优良的吸附性能,被广泛应用于液体和气体的净化、溶剂回收、作为催化剂载体等,且其需求量逐年增加。由于传统的制备活性炭的原料多为不可再生资源煤炭,随着能源环境问题的日趋严重,以农、林废物等作为制备活性炭的原料已成为必然的选择。本论文通过实验证明了生物质废物替代煤炭制备活性炭的可行性,同时利用生物质废物制备出高性能的活性炭,此外,研究了造成不同原料的活化特性不同的原因,为生物质活性炭原料的选取提供理论依据和技术支持。主要研究结果如下:1.以褐煤为原料,采用水蒸汽活化法,系统的研究了活性炭制备的操作条件,包括活化温度、活化剂用量等对产品吸附性能的影响规律,得到活性炭制备的优化条件为:活化温度850℃,水蒸汽量0.04g/min·g炭化料。在此优化条件下,分别以农业生物质废稻壳和林业生物质废物木屑为原料进行活化实验,结果表明,相同活化条件下,生物质原料的反应速度要明显高于褐煤,且所制得的活性炭的碘和亚甲基蓝吸附值也具有明显优势。2.对于含灰量高的原料稻壳,通过对其进行碱煮脱灰处理,可以有效改善其活化特性,在较短的时间内制取优良的活性炭,同时对脱灰滤液进行PH值调节,使其形成胶体沉淀,过滤沉淀,洗净烘干后,可以联产优质白炭黑,实现稻壳的资源化利用。3.比较了不同原料相同炭化和活化条件下制备的活性炭的吸附性能差异,并与炭化料的水蒸汽气化活性、比表面积、孔结构、红外、XRD、XPS等物理和化学性质关联,揭示了造成其活化特性不同的原因。4.以羧甲基纤维素钠和铝溶胶共同作为粘结剂时,在能达到目标强度的前提下,仅添加少量粘结剂即可达到较好的强度,并且成型活性炭的吸附性能,物理化学结构等,相对于原活性炭粉末,改变较小。
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