微波法石油焦系活性炭的制备及其CO2吸附特性研究

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伴随着温室效应成为一个全球性的环境问题,CO2作为一种重要的温室气体,其回收利用日益受到关注。活性炭作为一种多孔性的含碳材料,因其特殊的物理与化学特性,广泛应用于气体吸附分离。本文以石油焦为原料,加入调孔剂与活化剂后,分别以微波、电炉两种加热方式制备活性炭,采用智能重量分析、碘吸附、苯吸附等表征活性炭的吸附性能。研究糠醛渣掺比量,剂炭比,微波功率,辐照时间四因素对微波法活性炭孔隙结构的影响,筛选出最佳制备工艺条件,并将所得样品应用于CO2吸附性能研究。利用HNO3和H2O2对活性炭氧化改性,研究活性炭表面极性对其CO2吸附性能影响。通过正交试验,得到微波加热制备活性炭所考察各影响因素作用大小顺序为:糠醛渣掺比量>剂炭比>微波功率>辐照时间,并得到最佳工艺条件:氢氧化钾、石油焦、糠醛渣的质量比为5:1:0.67,微波功率1200W,辐照时间10min。制成品比表面积1391.7m2·g-1,碘吸附值1591.6mg·g-1,苯吸附值550.8mg·g-1,CO2吸附值236.2 mg·g-1,其CO2吸附性能与文献值相比十分突出。研究表明,在电炉和微波两种加热体系中,糠醛渣作为一种孔结构调节剂,适量加入制备体系后,活性炭的微孔发达,比表面积增大,CO2吸附值相应增加;CO2吸附量与活性炭的微孔孔容,孔径分布和表面极性有关,其中微孔孔容与孔径分布为主要影响因素;原料相同,相较于电炉法活性炭,微波加热制备活性炭孔径在0.5-1.0nm范围内的微孔孔容要高出1倍,而孔径分布在0.5-1.0nm范围内是CO2吸附的最佳范围;提高活性炭表面极性对活性炭CO2吸附性能有显著改善,在考察范围内,以4mol·L-1的HNO3处理效果最佳;与电炉法活性炭相比,微波加热制备活性炭CO2吸附性能较佳。
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