天然氣存儲用高比表面積活性炭的制備及對甲烷吸附性能的研究.pdf

1、天然氣作為環(huán)境友好型燃料，在我國能源消費結(jié)構(gòu)的比例日益提高。吸附存儲天然氣技術(shù)（ANG）是對天然氣高效存儲的新技術(shù)，高容量吸附材料的制備是技術(shù)核心。綜合考慮吸附能力、生產(chǎn)成本以及循環(huán)壽命等因素，高比表面積活性炭被認(rèn)為是最有推廣前景和應(yīng)用價值的天然氣存儲吸附劑。KOH活化法被認(rèn)為是制備高比表面積活性炭的有效方法。目前，該法存在的問題如下:首先，實驗室研究多采用保護(hù)氣控制燒蝕程度，這對于工業(yè)化生產(chǎn)高比表面積活性炭的指導(dǎo)意義并不明顯。其次，原

2、料性質(zhì)對KOH活化法的影響鮮有研究，造成難以判斷合適的原料預(yù)處理方法。最后，由于KOH加入量大，對設(shè)備腐蝕和環(huán)境破壞嚴(yán)重。本文以椰殼炭化料為原料，研究經(jīng)KOH活化制備出比表面積超過3000m2/g的活性炭;通過高壓吸附分析儀(HPVA)測定了活性炭對甲烷的體積吸附量。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)探索研究中低溫熬制，后用密閉反應(yīng)器制備高比表面積活性炭的工藝，經(jīng)正交實驗確定最佳工藝條件為:堿炭比（KOH與炭化料的質(zhì)量比）為4∶1，活

3、化溫度為1073K，活化時間為60min。在最佳工藝條件下，所得活性炭的比表面積為3421m2/g，總孔孔容為2.01 cm3/g。
　　 (2)原料揮發(fā)份主要來自原料表面的含氧官能團(tuán)和內(nèi)部的含氧物質(zhì)，并與表面的羥基和酚羥基官能團(tuán)的含量存在正相關(guān)性。當(dāng)炭化料的揮發(fā)份在13～22％時，可以制備出比表面積超過3000m2/g的活性炭。降低原料的揮發(fā)份后，所制備的活性炭的比表面積和碘吸附值分別提高190％和81％。
　　 (3

4、)根據(jù)熱力學(xué)反應(yīng)吉布斯自由能，對KOH活化法機(jī)理進(jìn)行初步推斷。判定KCl作為活化助劑以降低KOH的加入量在熱力學(xué)上是可行的。經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，KCl的加入對于活化反應(yīng)起到了促進(jìn)作用,5～15％的KOH中鉀的含量可以由相應(yīng)鉀含量的KCl替代。
　　 (4)以聚丙烯酰胺(PAM)為粘結(jié)劑，制備出的顆粒炭的碘吸附值最高為1958mg/g，比表面積為2212m2/g，表觀密度為0.33g/cm3，強(qiáng)度達(dá)到82％，對甲烷的質(zhì)量吸附量，體積吸