近年来,挥发性有机溶剂(VOCs)和油气的排放程度日趋严重,全球每年有3%的油气散失到空气中,数量超过1亿吨,我国每年排放到大气中的VOCs达1000万吨,对其回收再利用不仅可以减轻环境污染,还可以节约能源和增加经济效益。因此,利用高丁烷工作容量(Butane Working Capacity,简称BWC)颗粒活性炭(柱状或球状)吸附回收有机溶剂和油气的工艺和装备研究是当前的一个热点。因此,此类用途的颗粒活性炭的研究开发对进一步提高我国活性炭产品的档次,填补我国在此类活性炭的生产空白,形成自主知识产权,缩小我国活性炭产品与国外的差距具有十分重要的意义。国内外关于磷酸法制备木质颗粒活性炭的活化机理研究并不多,以至于此类活性炭的生产还停留在依靠经验来完成阶段,缺乏理论的指导,使得产品的质量不够稳定。因此,研究磷酸法活性炭制备工艺和机理对指导生产有着十分重要的意义。本论文涉及的具体研究内容与成果如下:1)制备工艺通过在传统的杉木屑磷酸法颗粒活性炭工艺中添加辅助催化剂浓硫酸来制备高BWC颗粒活性炭,取得了理想的效果。在浓硫酸添加量为6%时,颗粒活性炭的BWC由未添加浓硫酸时的11.9g/100ml提高到14.4g/100ml,效率达到了近21%;中孔孔容由0.508 cm~3/g提高到0.939 cm~3/g,效率达85%;总孔容由1.029 cm~3/g提高到1.685 cm~3/g,效率达到近64%;微孔容积由0.521 cm~3/g提高到0.746 cm~3/g,效率达43%;BET比表面积由1902 m~2/g提高到2325 m~2/g,效率达22%。2)最佳工艺通过正交试验法及极差分析所得的最佳工艺条件为:磷酸浓度为56%,浸渍比为1.9:1,硫酸添加量为6%,硫酸浓度为80%,干燥固化温度为300℃,干燥固化时间为3h,活化温度为450℃,活化时间为60min,并且浓硫酸是制备高BWC颗粒活性炭的重要影响因素。在磷酸法制备活性炭的工艺中通过添加浓硫酸作为助催化剂,以杉木屑为原料制备了BWC高达16.5g/100ml的产品,其表观密度为0.24g/ml,比表面积和总孔容分别为2627m~2/g和1.574cm~3/g。3)活化机理磷酸浸渍阶段产生的较多解聚不完全的低分子糖经稀酸水解产生还原糖,比表面积和孔的发展在一定程度上与还原糖含量成正比;过度催化会产生较低分子尺寸低聚糖,对较大拓扑结构错层石墨微晶的形成不利,反而会降低比表面积和孔的发展。生产过程中对磷酸浸渍阶段糖化程度的控制可以实现定向生产,在本实验条件范围内,硫酸浓度和浸渍比的理想糖化点未出现,活性炭的比表面积和孔结构随着还原糖含量的增加在不断发展,而浓硫酸添加量出现在6%,磷酸浓度出现在60%。总之,本论文提出了一种简单的磷酸法制备高性能杉木基成型颗粒活性炭(柱状或球状)的新工艺。不仅制备出了具有高强度、高比表面积、高孔容积和高BWC的木质颗粒活性炭,而且在保证高BWC的基础上,将其制备工艺周期由先前20~70h缩短至5h以内,大幅度提高了工业生产的连续化程度,降低了劳动强度。在上述研究成果的基础上,对本论文的研究内容进行了工业放大性试验,并成功生产出国际先进水平的木质颗粒活性炭;在活化机理研究的基础上,还可以做到定向制备。