賀德留

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磷酸法活化氣氛對(duì)活性炭丁烷工作容量的影響

賀德留

（河南省林業(yè)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008）

不同的活化環(huán)境氣氛對(duì)磷酸法果殼顆粒活性炭的制造產(chǎn)生不同的結(jié)果。該研究主要探索水蒸氣、二氧化碳?xì)怏w、氮?dú)獾冉橘|(zhì)下磷酸為活化劑活化果殼對(duì)產(chǎn)品正丁烷氣體吸附性能的影響。

丁烷吸附；活性炭；果殼粒；磷酸活化

前言

隨著大氣環(huán)境的快速惡化，作為環(huán)保的一種有效材料，活性炭越來越得到廣泛應(yīng)用，從室內(nèi)空氣凈化、生產(chǎn)場(chǎng)合環(huán)境凈化到汽車廢氣排放、汽油散發(fā)控制，無不顯示出活性炭的重要性。對(duì)活性炭的急劇需求，原材料資源就顯得不足，尤其是制造高效能活性炭木質(zhì)原料，更是越來越缺乏。

近些年的經(jīng)濟(jì)林業(yè)發(fā)展，使得核桃資源快速增長，利用生產(chǎn)廢料核桃殼制造高效能的活性炭吸附劑就成了重要的研究目標(biāo)。

目前堅(jiān)果殼（核）生產(chǎn)活性炭，大都采用物理法，原材料消耗大，產(chǎn)品的吸附能力也不是很理想。利用化學(xué)法生產(chǎn)果殼活性炭，這在國內(nèi)外都有大量的研究。但對(duì)于化學(xué)法活化過程，不同活化環(huán)境氣氛所制得的活性炭對(duì)特定物質(zhì)的吸附影響，研究報(bào)道卻很少。法國學(xué)者[1]以及西班牙學(xué)者[2]都曾經(jīng)進(jìn)行過相關(guān)的研究，但這些研究大多限制于理論和活性炭的表征上。本研究主要探討果殼磷酸法制造汽油散發(fā)控制用活性炭的活化過程，受活化氣氛的影響情況。依據(jù)他們的研究，水蒸氣氣氛磷酸法活化制造的活性炭呈中性，理應(yīng)更好的能吸附非極性的氣體丁烷，但事實(shí)是我們的研究結(jié)果與他們的論述不太符合。

1 材料與方法

1.1 材料

本實(shí)驗(yàn)使用的材料為核桃殼，粉碎至10~20目顆粒，使用水浮方法除去軟質(zhì)部分，烘干待用。

試劑：磷酸（分析純85%），碳酸鈣（分析純），鹽酸（分析純）正丁烷99.9%，氮?dú)猓ㄒ旱獨(dú)饣a(chǎn)生）

儀器和設(shè)備：電子天平、鼓風(fēng)干燥箱、粉碎機(jī)，熱風(fēng)機(jī)、立式管式氣氛爐，二氧化碳發(fā)生裝置，液氮?dú)饣b置，以及蒸汽產(chǎn)生裝置

1.2 試驗(yàn)方法

將預(yù)熱的磷酸與果殼粒（750 g）按照1.2︰1比例混合，停留一段時(shí)間，炭化完成后，分5份進(jìn)行不同氣氛條件下的活化。活化到達(dá)終了溫度后，保溫2 h，取出進(jìn)行后處理。

1.3 結(jié)果與分析

活性炭丁烷工作容量，依據(jù)美國ASTM D5228-1993標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。樣品的表觀密度依據(jù)GB/T12496.1測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1水蒸氣氣氛的活化條件以及對(duì)活性炭丁烷工作容量的影響

在蒸汽氣氛下活化，在420~450℃的活化溫度范圍內(nèi)，活性炭的表觀密度隨活化溫度升高而降低，而持附性也是出現(xiàn)在表觀密度最低點(diǎn)，說明這一溫度范圍內(nèi)，物料出現(xiàn)體積膨脹；450~510℃這個(gè)范圍表觀密度幾乎無變化；溫度高于510℃，表觀密度開始變大，可能是由于隨著終了活化溫度的升高，體積出現(xiàn)收縮，活性炭的孔隙也出現(xiàn)了收縮變小。顆粒活性炭對(duì)丁烷氣的吸附率則隨著活化溫度的升高而增加，480℃達(dá)到最大值，然后開始下降。

由于丁烷工作容量受制于表觀密度、丁烷吸附率以及持附性。綜合因素，致使480℃活性炭的丁烷工作容量最大，在這一溫度下的顆粒炭丁烷工作容量BWC達(dá)到了13.5 g/100 ml，見表1。

2.2 二氧化碳?xì)夥盏幕罨瘲l件以及對(duì)活性炭丁烷工作容量的影響

在二氧化碳?xì)夥障禄罨频玫幕钚蕴?，表觀密度相對(duì)于蒸汽氣氛降低了很多。但對(duì)正丁烷的吸附能力整體提高很多，丁烷工作容量也有提高，但持附性也提高很多。這說明二氧化碳?xì)夥障轮频玫幕钚蕴靠紫陡l(fā)達(dá)。與水蒸氣氣氛制得的活性炭不同，它的丁烷工作容量最大值溫度出現(xiàn)在終了溫度450~480℃之間，但終了溫度為450℃時(shí)，丁烷吸附率更高，而殘留量也較大。

與蒸汽氣氛不同，二氧化碳?xì)夥障轮频玫幕钚蕴浚浔碛^密度隨活化終了溫度升高而增加，而對(duì)正丁烷的吸附率卻隨終了溫度升高而降低，其結(jié)果見表2。

2.3 氮?dú)鈿夥盏幕罨瘲l件以及對(duì)活性炭丁烷工作容量的影響

在氮?dú)鈿夥障禄罨罨K了溫度對(duì)活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)影響不是很大。表觀密度相對(duì)于蒸汽氣氛稍有降低，而相對(duì)于二氧化碳?xì)夥談t稍微增大。對(duì)正丁烷的吸附率也略低于二氧化碳?xì)夥眨愿哂谡羝麣夥障轮频玫幕钚蕴?。持附性也介于上述兩種氣氛之間。

但是，和二氧化碳?xì)夥找粯?，氮?dú)鈿夥障碌幕钚蕴浚渥畲蠖⊥楣ぷ魅萘砍霈F(xiàn)在450 ℃的活化終了溫度。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 氮?dú)鈿夥障拢煌罨瘻囟认碌念w?；钚蕴康恼⊥槲叫阅?/p>

3 結(jié)論

從以上3種不同氣體作為活化氣氛，進(jìn)行磷酸法活化，其影響結(jié)果是不同的。蒸汽氣氛下制得的顆?；钚蕴慷⊥楣ぷ魅萘孔钚?，但持附性（殘留量）也最小。二氧化碳?xì)夥障轮频玫念w粒活性炭丁烷工作容量最大，但持附性（殘留量）也最大。但無論哪種氣氛下進(jìn)行活化，丁烷工作容量其最大值都出現(xiàn)在450~480 ℃之間。而蒸汽、氮?dú)鈿夥障轮频玫幕钚蕴?，?50℃的活化終了溫度下，丁烷吸附解吸后的殘留最小。而二氧化碳?xì)夥障轮频玫幕钚蕴?，其丁烷吸附解吸后的殘留最小值，出現(xiàn)在活化終了溫度為480℃。

就整體評(píng)價(jià)而言，二氧化碳?xì)夥兆钸m合制造丁烷吸附活性炭，而450~480 ℃是最佳的活化終了溫度范圍。

[1] H.BENADD I, D.LEGRAS ,J.N.ROUZAUD and F.BEGUIN . Influence of the atmosthere in the chemical activation of wood by phosphoric acid[J]. Letters to Editor, p306-309.

[2] M.MOLINA-SABIO, F.CATURLA and F.RODRIGHEZ -REINOSO .Influence of the atmosthere used in carbonization of phosphoric acid imprenaged peach stones[J]. Letters to Editor, p1180-1182.

（責(zé)任編輯：王文彬）

2015-08-24

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