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利用煤焦油制备活性炭的应用

作者:柱状活性炭 日期:2018-08-09 10:56:57 人气:

利用煤焦油制备活性炭的应用

煤焦油渣是煤焦油工业生产过程中大量产生的,该类废渣在我国分布很广,目前常见的利用方法是将其作为炼焦油配煤原料,但利用率仅为产生量的30%左右,绝大部分煤焦油渣仍被当做废物丢弃,对环境具有很大的危害性,主要表现在占地面积大、堆场投资大、运营费高,弃置堆积时还会放出含硫化物污染环境。

煤焦油渣具有天然多孔性结构、比表面积较大的特点,且含有大量未燃尽的碳,有作为吸附材料使用的可能性。国内对煤焦油渣进行资源化的开发利用研究还处于初级阶段,将煤焦油渣开发成吸附材料的研究国内成果更少。

煤焦油渣

由于煤基具有高碳含量和低价格的优势,是制备活性炭材料的重要原料,早在1785年,Loi-wtz就研究了木炭材料的脱色作用。1900年,德国学者Ostrejko首次发表了用ZnCl2处理煤制备活性炭的专利。近年来,国内学者研究用含碳煤基材料制备活性炭和活性炭复合物。炼油厂的副产物石油焦资源丰富,价格低廉,且碳含量高,灰分、挥发份低,是生产中高档炭的优质原料。因此,若能利用煤焦油渣中的宝贵碳资源,制备低成本吸附材料,同时也能消除堆渣带来的环境污染问题,实现社会、环境、经济多方效益。

本文以陕西榆林地区的煤焦油渣为原料,充分利用现代材料分析测试手段,对煤焦油渣的组成成分和吸附性能进行了初步研究。

本文研究的煤焦油渣样品采自陕西榆林地区,进行了元素组成以及XRF、XRD、TG/DSC的分析。结果表明,该煤焦油渣碳含量较高(55。5%-80。18%),Fe化合物含量也较高,占总质量的8。02%-9。40%,有利于活化过程比表面积及孔径的提高,其中劣质渣中的Si绝对含量(15。07%)高于优质渣(1。00%),主要以玻璃硅或是活性硅等形式存在,Si含量高,炭活化时提供C-基裂解键,有利于活化时比表面积及孔径的提高。此外,废渣含有少量的重金属以及微量元素,如Ni、Cr的质量分数分别为0。7%-0。8%、1。13%-1。35%,其含量较少,不会产生二次污染,符合制备吸附材料的要求。在538。39-546。53℃区间时有明显失重现象,表现为放热峰,主要为炭化有机物热解失重,失重率达88。99%,在881。23℃时有一个吸热峰,同时也伴有缓慢的失重现象,主要为难分解有机物及CaCO3的热分解失重,说明活化温度控制在600-900℃为最佳的活化温度区间。

柱状活性炭

与分析纯活性炭的碘吸附值855。30mg/g、亚甲基蓝吸附值200。17mg/g相比,处理前的煤焦油渣的碘值、亚甲基蓝的吸附值都较低。经过900℃、隔绝氧气条件下炭活化样品2h后煤焦油渣的吸附性能有了较大提高,其吸附碘值、亚甲基蓝值可达分析纯活性炭的70%左右。同时将活化后的煤焦油渣用于对生活废水有机物以及重金属吸附,其吸附去除效果分别为95。5%、80。4%。说明煤焦油渣通过物理活化后用于生活废水、工业废水的处理可实现成本低效率高的收益。突出环境友好型,资源节约型理念。

通过预炭化处理改变煤焦油渣的微晶结构和表面性质,由SEM分析图可以看出:温度较低时出现的多为大中孔,温度较高时出现了大量微孔,在较高的预炭化温度下,随着预炭化温度的升高,煤焦油渣中氢和氧的含量锐减,表面官能团含量也减少,微晶结构变得更加稳定,导致活化困难,活性炭比表面积减少、孔径分布发生变化,中孔含量相对增大。而较低温度下对石油焦热处理对所制得活性炭的比表面积影响很小,但使原料中石墨微晶增大,相应的活性炭的孔径也增大了。说明石油焦的表面官能团如C-O-C、C-O-以及-CH3、=CH2和-CH2CH3等烃基基团在化学活化过程中起着十分重要的作用,且石油焦内部微晶结构对活化过程中孔的大小有影响。

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