秒速时时彩官网

河南育成林活性炭有限公司
地址:河南省巩义市西村镇工业区
手机:18239913958
联系人:周经理
邮编:451200
网址:www.chapaaia.com
知识问答
当前位置:柱状活性炭 > 知识问答 > 正文

椰壳碎炭制备高强度柱状颗粒活性炭

作者:柱状活性炭 日期:2018-07-28 9:53:57 人气:

椰壳碎炭制备高强度柱状颗粒活性炭

摘要;以椰壳活性炭生产过程中产生的粉末碎炭为原料,羧甲基纤维素钠为黏结剂,无机助剂硅酸盐为增黏剂,按一定质量比混炼、挤条、成型,再经过热处理制得耐水高强度柱状颗粒活性炭。试验考察了助剂添加量、热处理温度、热处理时间等因素对产品炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和耐磨强度的影响。随着硅酸盐添加量的增加,颗粒活性炭的耐磨强度呈增大趋势;随热处理温度的升髙,颗粒活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值不断增加。但另一方面,随热处理时间的延长,耐磨强度呈逐漸下降趋势。利用红外分析仪、综合热分析仪和全自动比表面积与孔隙分布分析仪对颗粒活性炭进行分析。在羧甲基纤维素钠用量2%、助剂添加量20%、热处理温度350℃、热处理时间0.5h条件下,制备出的颗粒活性炭碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和耐磨强度分别为815.37mg/g,163.50mg/g和99.72%,并且具有良好的耐水能力。

由于椰壳的毛细管结构,有助于形成发达的微孔结构,因此椰壳活性炭具有结构致密、灰分低、强度大、价廉易得等优点,被大量应用于废气和废水处理。但是在生产过程中,由于摩擦等因素的影响,产生大量粉末碎炭,造成浪费。将这些粉末碎炭制备成颗粒活性炭,可以提高碎炭的应用价值。在日常生活中,颗粒活性炭主要用于空气清洁和水净化,例如净水器里的吸附剂等;在传统工业领域,主要用于废气、废水处理;在新兴工业领域,颗粒活性炭作为电极材料、催化剂载体、制冷吸附剂和储氢材料等备受关注。以粉末活性炭为原料,羧甲基纤维素钠为黏结剂,挤压成型,得到比表面积达844.9m2/g,耐磨强度达到99.83%的柱状成型活性炭。

Nguyen-Thanh等用膨润土作为粉末活性炭的黏结剂,成功制备比表面积达1554m2/g的成型活性炭。通过引人金属离子(如Cu2+),增加了对H2S气体吸附量。

在颗粒活性炭的制备过程中,胶黏剂直接决定制备颗粒活性炭的成败与成本高低。无机胶黏剂固化后,颗粒活性炭强度高,且无机胶黏剂原料多,无污染,已成为有机黏结剂在颗粒活性炭领域里的有力补充。有机胶黏剂与炭材料有较好的亲和能力,且对原料炭的吸附能力影响小,但所制取的颗粒活性炭强度较低。为解决该问题,笔者采用在有机胶黏剂羧甲基纤维素钠中添加无机助剂硅酸盐作为增黏剂,以提高颗粒活性炭的强度。试验研究了助剂添加量、热处理温度、热处理时间等因素对产品炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和耐磨强度的影响,并用红外光谱仪、综合热分析仪和孔径分析仪对颗粒活性炭进行了表征。

1、材料与方法

1.1试剂与仪器

试剂:椰壳碎炭为<74μm,厦门宏宇安生物科技有限公司生产,其碘吸附值为937mg/g,亚甲基蓝吸附值为165mg/g;羧甲基纤维素钠与无机助剂硅酸盐均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司生产。

仪器:YH-A 1002电子天平,DL-1电子万用炉,DHG-9246A电热恒温鼓风干燥箱,KDFS-70马弗炉,ASAP2020全自动比表面积与孔隙分布分析仪, Nicolet380傅里叶红外光谱仪,STA449C综合热分析仪(TG)。

1.2条状颗粒活性炭的制备

1)胶黏剂溶液配制

称取50.0g羧甲基纤维素钠粉末于1000mL烧杯中,加人450.0g蒸馏水,强力搅拌30min后,静置24h,得到质量分数为10%的羧甲基纤维素钠溶液。

按质量比为1:2的比例将无机助剂硅酸盐与水混合,得到质量分数为33.3%的溶液。

2)挤出成型

按椰壳碎炭绝干质量的一定百分比添加无机助剂硅酸盐,羧甲基纤维素钠的用量为2%。使用YKZ-1型捏合机共炼混匀,之后用F-26Ⅲ前挤式双螺杆挤条机挤出成型,再置于电热恒温鼓风干燥箱中105.0℃干燥1h,最后用马弗炉于300-450℃下热处理0.5-2h制得直径为3mm的条状颗粒活性炭。

1.3颗粒活性炭性能评价与表征

根据GB/T 12496.8-1999,GB/T 12496.10-1999和GB/T 12496.6-1999标准中的方法分别测定颗粒活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和耐磨强度。

采用美国Micromeritics公司ASAP2020全自动比表面积与孔隙分布分析仪测定活性炭的比表面积。取0.1-0.5g的样品经350℃脱气处理后,在液氮温度下进行N2吸脱附测定,采用BET8点法计算活性炭的比表面积,并通过BJH法分别表征试样的孔径分布。

采用美国Thermo electro公司 Nicolet3.80傅里叶红外光谱仪(FTR)分析颗粒活性炭表面化学性质的变化,扫描谱范围为400-4000cm,扫描次数为32,分辨率为4cm-1

采用德国NETZSCH公司STA449C综合热分析仪(TG)对碎炭与未热处理的中间产物样品进行表征,其中,升温速率为10℃/min,升温范围为21-700℃。

2、结果与分析

2.1无机助剂硅酸盐添加量的影响

添加碎炭质量的15%,20%,25%和30%的硅酸盐与碎炭混合。当只有助剂与碎炭混合时,挤出成型效果较差,故需添加少量成型效果优异的羧甲基纤维素钠与助剂协同作用,达到成型目的。通过控制羧甲基纤维素钠添加量在5%以内,重复进行挤出试验,结果发现,当羧甲基纤维素钠加入量为2%时可获得较好的成型效果。

2.1.1对吸附性能和比表面积的影响

添加不同比例硅酸盐的颗粒活性炭的碘吸附值、亚甲蓝吸附值和比表面积变化趋势曲线分别见图1和图2。由图1可知,颗粒活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值最高为824.7和162.3mg/g,都低于碎炭的吸附值(937和165mg/g),并且都是随着无机助剂硅酸盐的增加逐渐降低。从图2可以看出,颗粒活性炭的比表面积随无机助剂硅酸盐添加量的增加而明显降低,当添加量增加到30%时,与碎炭相比比表面积降低了49.81%。

图1 无机助剂硅酸盐添加量对活性炭吸附性能的影响

图2 无机助剂硅酸盐添加量对活性炭比表面积大小的影响

试验结果表明,随着助剂添加量的增加,颗粒活性炭的吸附能力呈下降趋势。这主要是:其因为无机助剂硅酸盐和羧甲基纤维素钠进入活性炭颗粒间的缝隙,作用于大孔,而对于直径小于2nm的微孔,表现的是一种对孔口和孔表面的涂覆作用,所以随着硅酸盐添加量的增加,越来越多的孔被堵塞和涂覆,活性炭吸附能力逐渐降低;其二,相同质量下,活性炭的质量分数减少,吸附能力和比表面积低的助剂比例增加,导致吸附能力和比表面积的减少。但是,失去化学吸附水的助剂空间结构构成了无数的孔隙,有助于保持颗粒活性炭的吸附能力和比表面积;同时羧甲基纤维素钠分解后可与活性炭作用,产生一定数量的孔隙,也有助于保持颗粒活性炭的吸附能力和比表面积。所以在添加20%无机增黏剂和2%羧甲基纤维素钠后,碘吸附值仅降低13.07%,亚甲基蓝吸附值仅降低2.27%,比表面积降低了14.97%。

2.1.2对耐磨强度的影响

无机助剂硅酸盐添加量对活性炭耐磨强度的影响

添加不同比例硅酸盐的颗粒活性炭的耐磨强度变化趋势曲线见图3。从图3可以看出,制备的颗粒活性炭,耐磨强度最低达到了99.37%,最高达到99.91%,说明制备的颗粒活性炭具有较好的耐磨强度。

试验结果表明,颗粒活性炭的耐磨强度随增黏助剂添加量的增加而升高。这是因为失水后的助剂可以形成空间三维网络结构,均匀地分布在颗粒中,随着助剂添加量的增加,这种结构在单位体积的颗粒活性炭中变得更为密集,从而获得了更高的耐磨强度。

2.2热处理温度的影响

由于羧甲基纤维素钠有极好的亲水性能,为了获取具有耐水性能(泡水7d不润胀、不解体)的颗粒活性炭,选择可以将羧甲基纤维素钠最大程度分解的温度(252℃左右)对样品进行热处理。根据试验测定,在300,350,400和450℃下对适量添加了20%助剂的样品用马弗炉进行热处理1.0h(有石英砂覆盖),保持升温速率为10℃/min,探究热处理温度对颗粒活性炭吸附性能与耐磨强度的影响。

2.2.1对活性炭吸附性能的影响

图4 热处理温度对活性炭吸附性能的影响

不同温度热处理后的颗粒活性炭的碘吸附值和亚甲蓝吸附值变化趋势曲线见图4。从图4可以看出,碘吸附值和亚甲基蓝吸附值随热处理温度升高而增大,但是二者增量较小。碘吸附值变化范围在807.80-816.25mg/g之间,变化区间大小仅为8.45mg/g;亚甲基蓝吸附值变化更小,仅在161.25-161.60mg/g之间变化。

试验结果说明,随热处理温度的增加,碘吸附值和亚甲基蓝吸附值有所增加。这是因为羧甲基纤维素钠随温度升高,分解量就会增多,剩余的黏结剂减少黏结剂堵塞孔隙的量也就减少,增加了活性炭的孔隙数量。但是由于羧甲基纤维素钠的含量较少,所以产生的影响很小,表现为增量小。助剂在前期的干燥阶段失去大量水分,200℃就开始失去化学吸附水,形成初步四面体结构,再经不同温度热处理后,水分基本失去,形成三维网络结构,孔隙结构趋于稳定。此时,助剂所产生的孔隙结构并不随热处理温度的改变而产生明显改变。

因此在该热处理温度下改变,基本不影响助剂对活性炭吸附能力的贡献。

2.2.2对耐磨强度的影响

图5 热处理温度对活性炭耐磨性能的影响

不同温度热处理后的颗粒活性炭的耐磨强度变化趋势曲线见图5。从图5中可以看出,随着温度的上升,强度也有所增加,从99.57%上升至99.82%,变化并不明显。

试验结果证明,随着热处理温度的升高,耐磨强度有所增强。出现这种现象的原因是:随着热处理温度的升高,助剂残余的化学吸附水逐步失去,形成更完整的空间三维结构,耐磨强度逐渐微量增加;当助剂中水分完全失去,形成最终的空间三维结构,再升高温度已经对活性炭耐磨强度没有影响。事实上,热处理温度升高50℃,耐磨强度并没有明显提高,而且使用较髙的热处理温度,增加了能耗,不利于环境保护和成本控制。

2.3热处理时间的影响

取含有20%助剂的样品适量,装入坩埚中,石英砂覆盖,用马弗炉以10℃/min的速率加热到350℃,分别保温0.5,1.0,1.5和2.0h,以测定热处理时间对活性炭吸附能力和耐磨强度的影响。

2.3.1对吸附性能的影响

图6 热处理时间对活性炭吸附性能的影响

不同时间热处理后的颗粒活性炭的碘吸附值和亚甲蓝吸附值变化趋势曲线见图6。从图6可以看出,碘吸附值在1.5h以内几乎没有变化,仅有略微下降,1.5h之后出现较明显的降低;而亚甲基蓝吸附值则是随着热处理时间的增长,下降较为明显,从0.5-2.0h下降了6.42%。

由于碘吸附值反映活性炭的微孔程度,而亚甲基蓝吸附值则反映活性炭的中孔程度。从试验结果来看,随着热处理时间的延长,碘吸附值和亚甲基蓝吸附值均降低,表明中孔和微孔数量都在一定程度上减少,其中中孔的减少更为明显。这是因为随着热处理时间的延长,活性炭的孔隙结构有部分坍塌,导致活性炭比表面积减小,吸附值降低。

2.3.2对耐磨强度的影响

图7 热处理时间对活性炭耐磨强度的影响

不同时间热处理后的颗粒活性炭的耐磨强度变化趋势曲线见图7。从图7可以看出,随着热处理时间的延长,耐磨强度逐渐下降,从0.5h的99.72%降到了2.0h的99.46%,下降了0.26%。这是由于随着时间的延长,活性炭在高温环境中,少量骨架碳原子被微量氧气所氧化,变为气体,逸出之后留下空洞,造成活性炭的耐磨强度降低。这种烧蚀现象,随着时间的延长而变得更为明显。

2.4红外、热重与孔径分布结构与分析

2.4.1红外分析

图8 颗粒活性炭样品的红外光谱分析

为探讨颗粒活性炭制备过程中活性炭表面官能团的变化,选用碎炭、中间产物及成品,对其进行红外表征并分析,得到图8。其中20-0-0表示无机助剂硅酸盐添加量为20%,热处理温度0℃和热处理时间为0h;20-350-0.5表示无机助剂硅酸盐添加量为20%,热处理温度为350℃和热处理时间为0.5h。从图8中可以看出,在制备颗粒活性炭过程中,吸收峰的位置基本没有发生变化,但是透过率发生变化,尤其是在1105.19cm-1波峰处,透过率变化很明显。

对比谱线a和b可以发现,加入羧甲基纤维素钠和无机助剂硅酸盐后,活性炭在796.58,1446.58,1573.88和3444.79cm-1附近吸收峰减弱,而在1105.19cm-附近吸收峰增强。在3444.79cm-1附近宽的吸收峰归属于酚羟基、羧酸或Si-OH的伸缩振动吸收峰,在1573.88cm-1和1446.56cm-1附近的吸收峰归属于C=0、C=C的伸缩振动吸收峰,在1105.19cm-1附近的吸收峰归属于C-0或Si-O的吸收峰,在796.58cm-1附近出现的吸收峰归属于取代苯或Si-O-Si的吸收峰。

对比谱线b和c可见,1446.58和1573.58cm-1附近吸收峰并没有发生明显变化,而在796.58,1105.19和3444.9cm-1附近的吸收峰变化较为明显。这是由于热处理之后,羧甲基纤维素钠发生分解反应,C—0键断裂,致使1105.19cm-1附近吸收峰减弱;在高温环境中,无机助剂硅酸盐中Si-OH脱氢,部分形成Si-O-Si连接,导致3444.79cm-1附近吸收峰减弱,796.58cm-1附近吸收峰增强。

2.4.2热重分析

图9 碎炭成型前后的TG曲线

碎炭(a)和未热处理的颗粒活性炭即中间产物(b)的TG曲线图见图9。曲线a的结果显示,碎炭的质量在21-125℃之间损失11.53%,主要是由于残余水分在该阶段受热蒸发导致质量的下降;132-445℃损失10.71%,这阶段主要是炭化热解阶段;450℃之后曲线持续下降,质量损失明显,损失率超过50.00%,该阶段中,碎炭氧化分解为CO2,为煅烧分解阶段。从曲线b可以看出,颗粒活性炭质量在21-121℃之间损失8.03%,这主要是物理吸附水受热脱除导致的;从131-440℃损失9.52%,该阶段除了碎炭的炭化热解造成颗粒活性炭质量下降外,无机助剂硅酸盐化学吸附水在该阶段脱去也是颗粒活性炭质量损失的一个因素,羧甲基纤维素钠的热分解对质量损失也有一定影响;478-634℃之间,曲线b急剧下降,质量损失很明显,损失率达到58.56%,在该阶段中,颗粒活性炭被煅烧分解。

2.4.3孔径分析

图10 孔径分布图

添加20%无机助剂硅酸盐、350℃热处理0.5h的孔径分布图见图10。可以看到:颗粒活性炭的孔隙结构主要以微孔(R<2nm)和中孔(2nm≤R<50nm)为主,根据碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值与孔隙结构的相应关系,可得该孔径分布与其碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值的结果相对应。从整个孔径分布看,颗粒活性炭具有较发达的微孔和中孔结构,而大孔孔容较低。

3、结论

1)在制备颗粒活性炭过程中添加无机助剂硅酸盐,可解决粉末炭成型中使用有机胶黏剂成型强度不足的问题。而且利用它们之间形成的协同作用,可以同时发挥有机和无机胶黏剂的优点,获得性能优良的颗粒活性炭。

2)随着助剂添加量的增加,颗粒活性炭的吸附能力呈下降趋势,耐磨强度则呈增大趋势。

3)随热处理温度的升高,颗粒活性炭碘吸附值和亚甲基蓝吸附值增加。另一方面,随热处理时间的延长,耐磨强度呈逐渐下降趋势。

4)椰壳碎炭制备颗粒活性炭的较优工艺为:羧甲基纤维素钠添加量为2%,无机增黏助剂硅酸盐添加量为20%,350℃下热处理30min。在此工艺条件下,制备的颗粒活性炭的碘吸附值为815.37mg/g,亚甲基蓝吸附值为163.50mg/g,耐磨强度为99.72%。

5)红外分析显示,碎炭经成型后,表面官能团并没有发生明显变化,存在羟基羧基等有助于活性炭吸附的基团;热重分析显示,碎炭成型后,热稳定性保存基本一致,无明显变化;孔径分析显示,制备的颗粒活性炭以微孔和中孔为主。

本文网址:
最新资讯
活性炭的有效期是多久?怎么样能延长使用时间?
活性炭甲醛有用吗?如何使用更好
哪种活性炭比较好?
柱状活性炭的体积如何计算呢?
椰壳柱状活性炭制作工艺流程
净化空气柱状活性炭和净化水柱状活性炭区别
鱼缸中放活性炭的作用是什么?
活性炭在净水处理中的问题和解决指施
活性炭在水处理中有何作用
柱状柱状活性炭有什么作用?
友情链接:幸运飞艇  港龙彩票官网  创元彩票  幸运飞艇开户  幸运飞艇开奖直播  幸运飞艇  福布斯彩票  

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!