煤基磁性活性炭的制備及性能研究.pdf

1、寧夏無煙煤在我國儲量豐富，且含碳量高，綜合性能優(yōu)異，常用作能源物質(zhì)和煤化工產(chǎn)品，對環(huán)境污染嚴(yán)重;隨著新能源的發(fā)展和國家對生態(tài)壞境的要求，逐漸制約了煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近些年來，國家致力尋求煤炭利用的新方向并提出潔凈煤技術(shù)指導(dǎo)方案。本文選取寧夏無煙煤為原料，在傳統(tǒng)活性炭的基礎(chǔ)上探究磁性煤基活性炭的清潔制備以及分離過程，提高煤炭的附加值和產(chǎn)品利用率。通過正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式分析炭化過程、活化過程以及磁化過程各因素對炭化料、煤基活性炭以

2、及磁性煤基活性炭的吸附性能、孔結(jié)構(gòu)、磁性能、回收效果等的影響。研究結(jié)果如下:
　　(1)寧夏無煙煤屬于變質(zhì)程度較高的煤，其灰分含量少，固定碳含量高，有利于形成活性炭的孔結(jié)構(gòu)，因此選擇它作為煤基活性炭的制備原料。在炭化階段，原煤粒徑、炭化溫度、升溫速度是決定炭化料質(zhì)量的中要因素。最佳原煤粒徑選擇在0.2～0.3mm，原煤粒徑過小導(dǎo)致炭化料微孔多、收率低，而且不利于回收，原煤粒徑過大則比表面小，單位質(zhì)量下孔體積小;最佳升溫速率為5℃/

3、min，升溫速率越高，不僅產(chǎn)率低，而且不利于生成穩(wěn)定的碳骨架;最佳炭化溫度為550℃保溫2h，炭化溫度過高使得碳趨于有序的石墨化，不利于孔結(jié)構(gòu)的形成。
　　(2)在最佳炭化條件的基礎(chǔ)上，選擇KOH作為活化劑，并用固液浸潤的方法混合，然后置于管式爐中活化。首先采用正交實(shí)驗(yàn)方案找到主要影響因素和最優(yōu)方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證確定制備煤基活性炭的最佳方案:2∶1的堿碳比、0.2g/ml的KOH溶液，浸潤8h，活化溫度750℃為最

4、佳。然后通過單因素實(shí)驗(yàn)對主要影響因素進(jìn)行詳細(xì)的分析，隨著堿碳比和KOH農(nóng)度的增加，煤基活性炭的比表面積和孔體積逐漸提高，但幅度逐漸減小;相比而言，堿浸時(shí)間和活化溫度的影響非常小，最終得到煤基活性炭的最大比表面積達(dá)到了1356m2·g-1。煤基活性炭對亞甲基藍(lán)吸附的與偽二級動力學(xué)吸附過程非常吻合，且符合Freundlich的多層吸附模型，屬于多層吸附。
　　(3)利用二茂鐵作為活化劑和負(fù)載劑制備磁性煤基活性炭，一方而促進(jìn)孔結(jié)構(gòu)的形成

5、，另一方面負(fù)載Fe3O4磁性顆粒使煤基活性炭具有磁性，實(shí)現(xiàn)循環(huán)回收利用，提高其實(shí)用價(jià)值。在磁性活性炭制備過程中先采用正交實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)方案:混合時(shí)間30min，活化溫度1000℃，鐵炭比為2∶1，活化時(shí)間為2h。然后通過單因素實(shí)驗(yàn)著重分析各因素對磁性煤基活性炭的影響，隨著二茂鐵添加比例的增加，磁性煤基活性炭的比表面積先增大后減小，磁性能不斷增大，而吸波性能卻逐漸減小且向低頻移動。單因素實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案，得到的磁性煤基活性炭最