活性炭通過(guò)原料熱解獲得
活性炭通過(guò)原料熱解獲得，林業(yè)廢物(碎木、木渣)通過(guò)初始閃蒸熱解碳化和CO 2轉(zhuǎn)化為活性炭。活性炭是一種已被處理以產(chǎn)生孔隙的碳，活化后增加大量的表面積?；钚蕴康谋砻娣e使得適合于許多工藝的材料：從工業(yè)廢水，水凈化，污水處理，空調(diào)過(guò)濾器，防毒面具制造，等等。
活性炭可從碳質(zhì)原料如木材和樹(shù)膠，從舊的木制房屋拆除的舊木材或鋸木末，木質(zhì)素(其是從造紙廠射出的浪費(fèi)通常使用的材料)，杏子石，花生殼，稻殼，玉米穗或纖維素紙浸漬石油瀝青制造。獲得活性炭的過(guò)程開(kāi)始于原料的熱解，脫水和揮發(fā)。因此，除去不含碳，如氫，氧的元素后，可獲得高碳含量的生物炭。在不存在氧氣的情況下進(jìn)行熱解過(guò)程以避免燃燒。與激活過(guò)程中之后開(kāi)發(fā)的樣品相比，樣品開(kāi)始發(fā)展內(nèi)部孔隙度。在加熱期間分離的焦油物質(zhì)和碳質(zhì)殘余物在活化過(guò)程中被消除，打開(kāi)當(dāng)前的孔隙并開(kāi)發(fā)新的孔。激活可以下列的物理實(shí)現(xiàn)或化學(xué)的過(guò)程。
活性炭物理活化涉及碳化，隨后在活化劑存在下活化所得到的炭。至于可能的物理處理，通過(guò)使用水蒸汽或二氧化碳作為活化氣體，或兩者的混合物來(lái)活化活性炭。已知化學(xué)活化是在化學(xué)試劑存在下制備活性炭的單步方法?；瘜W(xué)活化通常需要更低的溫度和更短的時(shí)間來(lái)激活材料。它可以改善活性炭結(jié)構(gòu)的孔隙發(fā)育，因?yàn)榛瘜W(xué)物質(zhì)的作用。通過(guò)化學(xué)活化獲得的碳產(chǎn)量高于物理活化。然而，它需要在熱處理后恢復(fù)化學(xué)試劑的過(guò)程，這可能會(huì)由于環(huán)境問(wèn)題而限制其應(yīng)用。
活性炭生產(chǎn)中的挑戰(zhàn)是從低成本材料在低溫下獲得具有給定孔徑分布的非常特定的碳。在這項(xiàng)工作中，我們已經(jīng)研究了在木質(zhì)的快速熱解過(guò)程中產(chǎn)生的碳質(zhì)殘?jiān)械幕钚蕴康闹苽洹Ｍㄟ^(guò)熱解閃光的處理的木質(zhì)纖維素材料的熱降解，在短時(shí)間內(nèi)和加熱率很高，通常用于獲得生物油。在與已經(jīng)使用的木質(zhì)材料作為前體材料，本研究是從熱解閃光中使用的殘余物中以使其增值它。將該殘余物進(jìn)行碳化，隨后進(jìn)行二氧化碳活化，以便研究相對(duì)于活化溫度和處理時(shí)間的比表面積和孔隙率的演變。
殘?jiān)奶蓟突罨囼?yàn)已在圖1所示的臥式管式爐中進(jìn)行。用CO碳化試驗(yàn)2在不同溫度下400℃，600℃和800℃下進(jìn)行。所獲得的碳化產(chǎn)物各自活化至相同的溫度(即400℃的碳化產(chǎn)物在400℃下活化)。選擇400℃的溫度是因?yàn)槟舅乩w維素材料(半纖維素，纖維素和木質(zhì)素)的三種組分聚合物的脫揮發(fā)分幾乎完成。在這項(xiàng)研究工作中，還選擇了600℃的中間溫度，然后最大溫度為800℃，其中獲得活性炭的效率顯著降低。在后續(xù)階段，物理活化用CO 2，流速為200ml·min -1 STP進(jìn)行?；罨瘻囟葹?00℃，600℃和800℃，加熱速率為7 K / min，活化時(shí)間為2 h，4 h和8 h。在活化過(guò)程結(jié)束時(shí)，在2小時(shí)內(nèi)再次使用N 2流量達(dá)到環(huán)境溫度。將活性炭的樣品分類并保存在干燥器中以避免從環(huán)境中吸收水分。
獲得活性炭的測(cè)試數(shù)據(jù)
在木質(zhì)材料的快速熱解過(guò)程中產(chǎn)生的碳質(zhì)殘?jiān)奶蓟A段使焦炭脫揮發(fā)分，并產(chǎn)生主要在窄微孔范圍內(nèi)的微孔結(jié)構(gòu)。具有CO 2流動(dòng)的最大物理活化已經(jīng)在800℃下產(chǎn)生，具有與BET表觀表面積值相匹配的良好開(kāi)發(fā)的孔隙，類似于在氣相和液相分離過(guò)程中用作吸附劑的商業(yè)活性炭的純化產(chǎn)品和天然氣和水的清潔作業(yè)。在這種溫度下，激活時(shí)間參數(shù)有很大的影響，相反，產(chǎn)生高的物質(zhì)損失(約90%)。雖然在600℃下的活化高于400℃，但是在這兩者中，時(shí)間的影響并不顯著，保持幾乎不變。
獲得的活性炭在600℃下顯示出最低的孔徑，并且當(dāng)活化溫度升高至800℃時(shí)，孔徑有利于中孔性。通過(guò)CO 2活化獲得的活性炭的N 2吸附 - 解吸等溫線形式表示孔的形式和尺寸。那些在800℃下驗(yàn)證了中孔的存在，而在400℃和600℃下，等溫線是典型的微孔碳，具有低壓滯后現(xiàn)象。在熱解和活化過(guò)程中達(dá)到的溫度負(fù)責(zé)碳質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部折疊，獲得了組織在圓柱形層中的殘余物的形態(tài)。
本文作者：董帝豪
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