煤改制活性炭及表面改性對甲烷吸附的影響.pdf

1、本文利用KOH作為活化劑，采用化學(xué)活化法將原生結(jié)構(gòu)煤與共生構(gòu)造煤制備成結(jié)構(gòu)類型具有一定差異的煤基活性炭，并在此基礎(chǔ)上采用硝氧化改性、濃硫酸-過硫酸銨聯(lián)合改性的方法對煤基活性炭進行氧化改性，通過多種物理、化學(xué)表征方法獲取了煤、煤基系列活性炭的表面物理、化學(xué)特性：
　　(1)采用壓汞置換試驗測定煤樣孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，表明原生結(jié)構(gòu)煤孔隙類型主要以開放孔為主，構(gòu)造煤則存在有細(xì)頸瓶孔，且連通性較差。
　　(2)低溫液氮吸附試驗表明原煤樣品

2、的氮氣吸附等溫線屬于第Ⅱ類型，證明構(gòu)造煤與原生結(jié)構(gòu)煤中都含有較連續(xù)的完整孔系統(tǒng)，其中構(gòu)造煤亞微孔隙發(fā)育，是比表面積增加的主要貢獻者；不同類型煤基活性炭的氮氣等溫吸附線均屬于I型；比表面積測定表明硝酸氧化處理打通了煤體內(nèi)封閉的微孔，使得煤基活性炭比表面積和孔容大幅增加；濃硫酸-過硫酸銨聯(lián)合改性受液體強氧化性的影響，活性炭表面孔壁被過度燒灼，部分微孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了坍塌或堵塞，導(dǎo)致微孔體積下降明顯，表面積和總孔容均有降低。
　　(3)紅外光

3、譜測定結(jié)果表明，改性后的各類煤基活性炭表面含氧官能團數(shù)量增加明顯，主要以羰基、羧基、內(nèi)酯基為主；Boehm滴定與X射線光電子能譜分析法(XPS)測定結(jié)果印證了紅外光譜測定結(jié)果，增加量為羧基＞內(nèi)酯基＞酚羥基；改性前構(gòu)造煤改制活性炭(HXD)表面含氧官能團數(shù)量均較原生結(jié)構(gòu)煤改制活性炭(HXN)低，改性后構(gòu)造煤基改性活性炭(HXD-O、HXD-S)表面官能團數(shù)量又高于原生結(jié)構(gòu)煤基改性活性炭(HXN-O、HXN-S)，這是因為構(gòu)造煤P8D由于微

4、裂隙和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育，活化劑KOH與構(gòu)造煤表面廣泛接觸，反應(yīng)較充分，過多的消耗了構(gòu)造煤表面的酸性含氧官能團，而硝氧化改性、濃硫酸-過硫酸銨改性時，也因為同樣的原因，構(gòu)造煤基活性炭表面引入了相對較多的酸性官能團。
　　開展了煤與煤基活性炭的甲烷吸附實驗，構(gòu)造煤由于微孔發(fā)育、比表面積大，并且在改制活性炭與后續(xù)氧化處理過程中，構(gòu)造煤基活性炭始終保持了該特性，而甲烷吸附量都較原生結(jié)構(gòu)煤基活性炭要多，由此認(rèn)為比表面積與孔隙結(jié)構(gòu)對甲烷吸附的影響

5、是基礎(chǔ)性的，決定了甲烷吸附容量：孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育、比表面積大則吸附能力強。
　　氧化改性對煤基活性炭甲烷吸附行為有明顯抑制作用。硝酸改性對煤基系列活性炭有疏孔、擴孔的作用，改性后比表面積與孔容都有明顯的增加，但甲烷吸附量卻下降；雖然濃硫酸-過硫酸銨改性后煤基系列活性炭的甲烷吸附量也明顯下降，但這是因為濃硫酸-過硫酸銨溶液的強氧化性腐蝕了HXN、HXD的孔壁，在增加了表面含氧官能團含量的同時又降低了比表面積與孔容，兩方面的影響強化了對甲