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活性炭机械强度优化

作者:宁夏永瑞达炭素有限公司 日期:2020年7月28日

  将活性炭进行大规模的工业应用,对强度的要求是必不可少的。选取几种来自不同产地的市场上常见的活性炭,研究发现煤质活性炭的机械强度明显优于椰壳活性炭。以沥青质(含40%灰分) 为碳源, 经高温加压膨胀预炭化和三步升温炭化,制备了平均孔径150um的泡沫碳,其密度为800kg/m²,经1323K炭化后,抗压强度由沥青原材料的10MPa提高到了18MPa,沥青中高含量的灰分为泡沫碳的机械强度提供了支持。将其与煤质、煤焦油沥青质、石油沥青质以及AR沥青质泡沫碳(萘经过催化聚合得到)进行了密度和抗压强度的对比,此四种碳材料相应的抗压强度分别为2.5~18.7、8~18.23.9和1~4MPa。

活性炭

  活性炭发达的孔隙结构会导致碳骨架脆弱,机械强度降低。目前工业上主要使用粉末状原料通过添加粘结剂经挤压成型、高温炭化制得所需形状的活性炭。此方法主要通过添加粘结剂来达到成型和强度要求,关键在于粘结剂的选择和炭化活化工艺条件的控制。

  无机粘结剂容易提高活性炭的强度,但是添加过多容易导致比表面积的降低,降低脱硫脱硝性能。而有机粘结剂在后续煅烧过程中碳化变为疏松的无定型碳,对机械强度的提高程度有限。椰壳活性炭的抗压强度很难达到5MPa以上,而焦油活性炭则比较容易,以聚乙烯醇缩丁醛(PVB) 为粘结剂,邻苯二甲酸二丁酯(DBP) 为增塑剂,通过混合、成型、硬化及900℃炭化处理,发现高的成型压力下得到的活性炭的抗压强度也相应的较高,在400MPa的成型压力下,焦油活性炭的抗压强度可达到6.02MPa(密度0.55g·cm),而相应的椰壳活性炭的抗压强度为其比表面积为4.50MPa(密度0.59g·cm3)。

活性炭

  以太西煤为原料,添加了15%的天然粘结剂NPA,200kN成型压力下成型,经炭化和水蒸气活化制得活性炭,800℃下活化,当活化时间由90min延长至180min时,活性炭的机械强度由93.04%减小到88.32%。使用陕西榆林废弃的半焦,以煤焦油为粘结剂,经600℃碳化,800℃下使用CO,活化制备了耐压强度在11.21MPa的柱状活性焦,相应的平均脱硫率达到90%。