微波辐射加热制取活性炭及压力对活性炭性能影响的试验研究

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微波加热技术具有加热速度快、加热时间短、能耗低、过程易控制等特点,在活性炭制备方面受到广泛的关注。目前关于微波制取活性炭的研究仅仅是在常压下以煤、生物质为原料探究了微波功率、辐射时间和浸渍比等实验因素对活性炭吸附性能的影响。然而活性炭制备的原料不仅是煤和生物质,还有塑料类,且制备过程中压力的变化对制得活性炭吸附性能有很大的影响。因此,有必要对微波辐射塑料类制备活性炭进行试验研究,并探究压力对活性炭吸附性能的影响。论文首先以生活中常见的废弃塑料瓶(PET)为试验原料,通过微波辐射加热制取活性炭,以碘吸附值为活性炭吸附性能的衡量标准,研究了活化剂种类、微波功率、浸渍比、压力和辐射时间对活性炭吸附性能的影响,并采用正交试验综合分析各因素对活性炭吸附性能的影响。试验得出:以活化性能较好的KOH为活化剂制得活性炭的碘吸附值随着微波功率、浸渍比、辐射时间的升高先升高后降低,而随着压力的升高,制得活性炭的碘吸附值呈M形变化。通过正交试验综合各试验因素在最佳试验工况下制得活性炭为微孔活性炭,比表面积为527.0337m2/g,且活性炭表面含有大量的含氧官能团。论文接着以koh为活化剂,微波辐射废弃塑料瓶(pet)、府谷烟煤和海南椰壳在10kpa~180kpa压力范围内制取活性炭,通过对制得活性炭碘吸附值、比表面积、孔隙结构和表面官能团表征分析,研究了压力对活性炭性能的影响。得到的结果如下:(1)对于不同压力下废弃塑料瓶制得活性炭:在负压下,随着压力的降低,平均活化温度和相对活化时间的逐渐升高使活性炭碘吸附值、比表面积和孔体积逐渐升高,孔径逐渐下降,在正压下,平均活化温度和相对活化时间在120kpa出现峰值,此时活性炭碘吸附值、比表面积达到最大,而平均孔径逐渐升高;由于炭化料挥发分较少,活性炭表面含氧官能团主要是活化剂与活性点上的c原子反应生成的,故随着压力的升高,活性炭的羟基基本不变,而表面含氧官能团先升高后降低,在120kpa含量达到最大值,此时活性炭重金属氧化能力和有机物吸附能力最大。(2)对于不同压力下府谷烟煤制得活性炭:在负压下,随着压力降低,平均升温速率先降低后升高,相对活化时间先升高后降低,但是10kpa时相对活化时间较长,且有机气体对孔隙结构的破坏较小,使活性炭碘吸附值和比表面积逐渐升高,在正压下,平均升温速率在120kpa最低,平均活化温度逐渐升高,使活性炭碘吸附值和表面面积出现峰值;随着压力升高,由挥发分析出情况和活化反应进行的程度共同作用下使制得羟基和含氧官能团先升高后降低,在120kpa出现峰值,此时活性炭亲水性、重金属络合和氧化能力、有机物吸附能力达到最强,且压力的升高促进醚基的生成,抑制醇类官能团的生成。(3)对于不同压力下椰壳活性炭制得活性炭:由于椰壳经过了炭化,压力对活性炭吸附性能的影响机理与其对废弃塑料瓶活性炭性能影响相似。在负压下,随着压力的降低,平均活化温度先升高后降低,而相对活化时间则是先下降后升高在降低,使制的活性炭的碘吸附值、比表面积在30kPa出现最大值,在正压下,随着压力的升高,活性炭的碘吸附值和比表面积逐渐降低。并且,压力的升高使活性炭平均孔径、介孔和大孔容积逐渐升高;随着压力的升高,由残留的挥发分析出情况和活化反应的程度使活性炭羟基含量缓慢升高后保持不变,含氧官能团先升高后降低,在120kPa达到最强,并且压力的升高抑制了仲醇的生成。
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