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灰分含量大小是否会影响活性炭孔结构?

作者:宁夏永瑞达炭素有限公司 日期:2020年7月25日

  由于活性炭中灰分的成分较难单独研究,大多数研究者考察灰分的影响,均是通过对比脱灰前后性能的不同而间接获得灰分对活性炭孔结构的影响。

活性炭

  以煤质活性炭为原料,经过盐酸和氢氟酸脱灰处理后,活性炭灰分从16.34%降至0.22%,比表面积由738.0m²/g增加到865.5m²/g,微孔容增加了17.65%;以木质活性炭为原料,经过盐酸和氢氟酸脱灰处理后,活性炭灰分降低97.4%,比表面积增加7.79%,微孔容增加7.70%。Qu等以玉米穗芯为原料,使用蒸汽一步活化法制备活性炭,再经酸洗、碱洗除灰处理,对比发现脱灰处理后活性炭比表面积由原来的1043m²/g增加至1210m²/g, 微孔比表面积增加了18.89%。

  以胜利高灰煤和神华低灰煤为原料,KOH为活化剂,经碱洗和酸洗脱灰后得到活性炭,胜利活性炭比表面积为1434m²/g,孔径主要集中在3~5nm,而神华活性炭比表面积为1600m²/g,孔径主要集中在2~4nm。从以上数据不难发现,灰分的存在堵塞了部分孔隙,而灰分的脱除,可以形成一定的新孔,尤其是微孔。这主要是因为灰分中的一些稳定化合物,如Mg0,不会在高温情况下与碳反应,在整个活化过程中,会一直占据一定孔道。经过酸碱脱灰后,原本闭合的孔会变为开放孔,活化剂可以更好地与碳接触,促进活化反应,从而产生大量的微孔。

活性炭灰分

  另外,许多研究也表明,在以水蒸气为活化剂时,若原料灰分含量高,所得活性炭孔隙会较大,中、大孔较多,比表面积略低。活性炭制备过程一般被分为3个阶段:(1)开孔阶段,产生大量微孔;(2)扩孔阶段,产生大量中孔;(3)创造新孔阶段,生成大孔和新微孔。通过实验为活化发现,以水蒸气为活化剂时,活化过程中没有开孔过程,而是直接将炭材料本身的微孔进行扩大。碳与水蒸气反应速率取决于水的解离度,水的解离度大,产生的一OH自由基增多,碳-水蒸气气化反应速率加快。原料灰分中碱金属的存在,能够降低水分子的解离活化能,有利于断键形成一OH自由基,从而加速碳与水蒸气的反应,增强扩孔作用,致使活性炭孔隙增大,比表面积下降。