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摘 要：采用添加化学药品KOH和ZnCl2的方法控制煤炭化过程和炭化物结构性状，以生成各向同性的炭素前驱体，并制备出优质活性炭，炭化过程中化学添加剂对煤挥发性、煤产物微晶结构以及活化程度的影响很大。
关键词：煤基活性炭; KOH; ZnCl2; 炭化控制
当前制备活性炭比较经济的原料为煤，同时，煤基活性炭性能研究也成为煤化工企业的重点研究课题。制备优质活性炭的有效方法为在煤中填入化学添加剂制备成无定形碳结构、难石墨化以及各向同性的炭素前驱体。
一、实验部分
（1）煤样，本文以开滦唐山矿的长焰煤作为试样原料，工业分析和化学分析如表1所示。该矿长焰煤具有丝质体含量低、镜质组织含量高、无机矿物含量几乎为零的特性，是活性炭制备工业的理想原料。能够较好的反映出添加剂对活性炭制备的影响，同时控制制备过程也非常容易。
（2）煤样以及活性炭制备，研磨煤样后经过300目筛选，按照水、焦油、煤三者的比为10：28：62的比例配置，分别将ZnCl2和KOH按照0%、1%、5%、10%和25%的比例加入到配料中，并编号处理。在试管中放入活性炭料条并入炉，炭化到600摄氏度保温50分钟，并升温至900摄氏度得到活性炭。用5%浓度的HCL酸洗液浸泡料条以去除残余ZnCl2和KOH，此后进行碘值测定和比表面积分析。
（3）分析测试仪器，用三星公司生产的YYT-3型X射线衍射仪测定炭化物结构，以计算微晶表现大小。通过分析计算获得活性炭石墨化程度，利用自动吸附仪测定活性炭比表面积，碘值用化学法测定。
二、实验结果分析
（1）化学添加剂对煤的挥发性影响。将不同比例的化学添加剂与该矿长焰煤试样混合，随着添加剂添加量的增加，浓度为0%～5%的化学添加剂时，煤样的挥发性逐渐降低，当浓度超过10%后挥发性增加。按照相同的条件分析了ZnCl2和KOH工业指标，挥发值计算结果如表2所示。由此看出，煤样和化学添加剂混合物的理论挥发性要大于实际测量值。这是因为，低变质程度的煤样在加入添加剂之后出现了部分抑制挥发效果，说明ZnCl2和KOH添加剂在活性炭制备中具有一定的抑制挥发效果。
（2）化学添加剂对煤炭化产物微晶结构的影响。如表3所示，为X射线衍射仪分析结果。由此看出，两种化学添加剂加入后，随着加入量的增加微晶层片堆砌厚度和微晶层片直径均有所下降，石墨化程度也逐渐降低，同时产物的微晶层间距逐渐增大。表明，ZnCl2和KOH发生共炭化过程中，炭化产物石墨化程度降低、各向同性增大、间距增加、微晶尺寸降低，生成了无定形炭为主的炭前驱体，随着ZnCl2和KOH加入量的增加，这种变化越发明显。实验说明ZnCl2或KOH在控制煤炭化过程中起到了一定作用。
（3）添加剂对煤炭化过程的控制作用。如图1和图2所示，为ZnCl2和KOH添加剂对唐山矿长焰煤炭化后的微晶结构特征影响图。由此看出，两种化学添加剂对煤炭化過程呈现了不同程度的影响，ZnCl2的效果明显要小一些。同时向两个煤样中分别添加1%的ZnCl2和KOH，则KOH煤样出现了显著的石墨化程度和微晶层间距变化，而ZnCl2煤样基本没变化;当添加剂量增加到10%后，KOH影响非常大，增加到20%的添加量显著程度继续提升。而ZnCl2在10%时才出现石墨化和微晶层间距变化效果，而增加到25%时变化程度平缓。这是因为煤样于ZnCl2和KOH产生了不同的化学反应导致的。文献提出了含碳物质和碱反应的总反应公式为：
[4MeOH+CH2→Me2CO3+Me2O+3H2↑ Me=K，Na]
由此看出，在反应的碱含量未超量之前，随着碱含量的增加存在于煤中结构侧链就有更多的氢气析出。由于上述反应的温度远小于煤产生胶质体的温度，因此该反应不会出新液态氢析出情况。从而在KOH碱性添加剂存在下，就会出现难石墨化、取向性差的炭素前驱体，添加剂含量越高，变化越严重。
图1微晶层间距的影响 图2石墨化程度影响
（3）含添加剂的活性炭料条炭化活化结果。将料条以130℃的速度升温至700摄氏度后，保存60分钟后分成两部分处理。一部分为经过酸洗处理后再900摄氏度环境下，采用0.82ML/h.g的水蒸气碳含量下制备活性炭;另一部分则不经过化学脱衣处理直接在900摄氏度环境制备成活性炭。
三、结论
在煤炭化过程中加入适量化学添加剂能够对整个过程起到控制作用，使其按固相碳化生成无定形炭、各向同性、难石墨化、取向性差的炭素前驱体。ZnCl2的影响要小于KOH的影响，当ZnCl2加入量增加到10%之后出现了添加剂饱和问题。这是因为在煤的炭化过程中ZnCl2和KOH具有不同的化学作用造成的。
参考文献：
[1] 孙仲超.我国煤基活性炭生产现状与发展趋势[J]. 煤质技术，2010（04）
[2] 李茂，杨玲，李建军.煤基活性炭的制备研究进展[J].四川化工，2013（01）
[3] 罗鹏，贾智刚，严明.国内煤基活性炭生产现状和发展[J].当代化工，2014（07）
关键词：煤基活性炭; KOH; ZnCl2; 炭化控制
当前制备活性炭比较经济的原料为煤，同时，煤基活性炭性能研究也成为煤化工企业的重点研究课题。制备优质活性炭的有效方法为在煤中填入化学添加剂制备成无定形碳结构、难石墨化以及各向同性的炭素前驱体。
一、实验部分
（1）煤样，本文以开滦唐山矿的长焰煤作为试样原料，工业分析和化学分析如表1所示。该矿长焰煤具有丝质体含量低、镜质组织含量高、无机矿物含量几乎为零的特性，是活性炭制备工业的理想原料。能够较好的反映出添加剂对活性炭制备的影响，同时控制制备过程也非常容易。
（2）煤样以及活性炭制备，研磨煤样后经过300目筛选，按照水、焦油、煤三者的比为10：28：62的比例配置，分别将ZnCl2和KOH按照0%、1%、5%、10%和25%的比例加入到配料中，并编号处理。在试管中放入活性炭料条并入炉，炭化到600摄氏度保温50分钟，并升温至900摄氏度得到活性炭。用5%浓度的HCL酸洗液浸泡料条以去除残余ZnCl2和KOH，此后进行碘值测定和比表面积分析。
（3）分析测试仪器，用三星公司生产的YYT-3型X射线衍射仪测定炭化物结构，以计算微晶表现大小。通过分析计算获得活性炭石墨化程度，利用自动吸附仪测定活性炭比表面积，碘值用化学法测定。
二、实验结果分析
（1）化学添加剂对煤的挥发性影响。将不同比例的化学添加剂与该矿长焰煤试样混合，随着添加剂添加量的增加，浓度为0%～5%的化学添加剂时，煤样的挥发性逐渐降低，当浓度超过10%后挥发性增加。按照相同的条件分析了ZnCl2和KOH工业指标，挥发值计算结果如表2所示。由此看出，煤样和化学添加剂混合物的理论挥发性要大于实际测量值。这是因为，低变质程度的煤样在加入添加剂之后出现了部分抑制挥发效果，说明ZnCl2和KOH添加剂在活性炭制备中具有一定的抑制挥发效果。
（2）化学添加剂对煤炭化产物微晶结构的影响。如表3所示，为X射线衍射仪分析结果。由此看出，两种化学添加剂加入后，随着加入量的增加微晶层片堆砌厚度和微晶层片直径均有所下降，石墨化程度也逐渐降低，同时产物的微晶层间距逐渐增大。表明，ZnCl2和KOH发生共炭化过程中，炭化产物石墨化程度降低、各向同性增大、间距增加、微晶尺寸降低，生成了无定形炭为主的炭前驱体，随着ZnCl2和KOH加入量的增加，这种变化越发明显。实验说明ZnCl2或KOH在控制煤炭化过程中起到了一定作用。
（3）添加剂对煤炭化过程的控制作用。如图1和图2所示，为ZnCl2和KOH添加剂对唐山矿长焰煤炭化后的微晶结构特征影响图。由此看出，两种化学添加剂对煤炭化過程呈现了不同程度的影响，ZnCl2的效果明显要小一些。同时向两个煤样中分别添加1%的ZnCl2和KOH，则KOH煤样出现了显著的石墨化程度和微晶层间距变化，而ZnCl2煤样基本没变化;当添加剂量增加到10%后，KOH影响非常大，增加到20%的添加量显著程度继续提升。而ZnCl2在10%时才出现石墨化和微晶层间距变化效果，而增加到25%时变化程度平缓。这是因为煤样于ZnCl2和KOH产生了不同的化学反应导致的。文献提出了含碳物质和碱反应的总反应公式为：
[4MeOH+CH2→Me2CO3+Me2O+3H2↑ Me=K，Na]
由此看出，在反应的碱含量未超量之前，随着碱含量的增加存在于煤中结构侧链就有更多的氢气析出。由于上述反应的温度远小于煤产生胶质体的温度，因此该反应不会出新液态氢析出情况。从而在KOH碱性添加剂存在下，就会出现难石墨化、取向性差的炭素前驱体，添加剂含量越高，变化越严重。
图1微晶层间距的影响 图2石墨化程度影响
（3）含添加剂的活性炭料条炭化活化结果。将料条以130℃的速度升温至700摄氏度后，保存60分钟后分成两部分处理。一部分为经过酸洗处理后再900摄氏度环境下，采用0.82ML/h.g的水蒸气碳含量下制备活性炭;另一部分则不经过化学脱衣处理直接在900摄氏度环境制备成活性炭。
三、结论
在煤炭化过程中加入适量化学添加剂能够对整个过程起到控制作用，使其按固相碳化生成无定形炭、各向同性、难石墨化、取向性差的炭素前驱体。ZnCl2的影响要小于KOH的影响，当ZnCl2加入量增加到10%之后出现了添加剂饱和问题。这是因为在煤的炭化过程中ZnCl2和KOH具有不同的化学作用造成的。
参考文献：
[1] 孙仲超.我国煤基活性炭生产现状与发展趋势[J]. 煤质技术，2010（04）
[2] 李茂，杨玲，李建军.煤基活性炭的制备研究进展[J].四川化工，2013（01）
[3] 罗鹏，贾智刚，严明.国内煤基活性炭生产现状和发展[J].当代化工，2014（07）