煤基活性炭制備中化學(xué)添加劑的應(yīng)用觀察

魏 威 李 甘

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000

煤基活性炭制備中化學(xué)添加劑的應(yīng)用觀察

魏 威 李 甘

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000

在煤基活性炭的制備過(guò)程中，化學(xué)添加劑對(duì)于制備的質(zhì)量具有較好的控制作用。為了比較不同類型化學(xué)添加劑對(duì)制備的影響，我們選取了不同比例的KOH和ZnCl2添加劑，對(duì)它們?cè)诿夯钚蕴康闹苽渲?，?duì)煤揮發(fā)性、產(chǎn)物的微晶結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究。

煤基活性炭；化學(xué)添加劑；應(yīng)用觀察

目前，將煤作為活性炭制備的主要原料具有較好的經(jīng)濟(jì)性，而且已經(jīng)成為活性炭制備發(fā)展的必然趨勢(shì)。而且，隨著工業(yè)生產(chǎn)要求的不斷提高，對(duì)煤基活性炭的制備性能也提出了更高的要求。在煤中加入化學(xué)添加劑是制備活性炭的主要方法。為了探討不同化學(xué)添加劑在制備中的應(yīng)用價(jià)值，本文進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，具體報(bào)道如下。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(一)選取煤樣本

將我國(guó)唐山開灤礦山的長(zhǎng)焰煤作為實(shí)驗(yàn)原料樣本，其煤炭指標(biāo)以及煤灰的成分構(gòu)成如表1所示。

表1 煤樣本的工業(yè)以及化學(xué)分析表

由上表可知，該煤樣本的絲質(zhì)體含量很低，幾乎不含有無(wú)機(jī)礦物，但是鏡質(zhì)組織的含量很高。正是因?yàn)槠渚哂猩鲜鎏攸c(diǎn)，成為活性炭制備的理想原料，不僅可以清晰地反映出化學(xué)添加劑對(duì)制備活性炭的影響，而且還可以對(duì)制備的過(guò)程進(jìn)行有效控制。

(二)活性炭制備方法

對(duì)煤樣本進(jìn)行研磨，并使用300目予以篩選。其10份水，28份焦油和62份煤混合配置，在其中分別加入濃度為0、1%、5%、10%和25%的KOH和ZnCl2。完成數(shù)字編號(hào)之后，將活性炭的料條分別置入不同編號(hào)的試管，碳化到600攝氏度，在該溫度下保存50分鐘，然后逐漸將溫度加熱到900℃，制備出活性碳。采用濃度為5%的HCL酸洗液，對(duì)制備出的活性炭進(jìn)行浸泡，清除殘留的KPH和ZnCl2，然后檢測(cè)碘值，分析其比表面積。

二、檢測(cè)方法

碳化物的結(jié)構(gòu)，采用X射線衍射儀(三星，YYT-3型)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)微晶的表現(xiàn)大小進(jìn)行計(jì)算?；钚蕴勘缺砻娣e則采用自動(dòng)吸附儀檢測(cè)，碘值則采用化學(xué)法檢測(cè)。通過(guò)分析各項(xiàng)檢測(cè)以及計(jì)算結(jié)果，對(duì)活性炭的石墨化程度進(jìn)行評(píng)估，比較不同化學(xué)添加劑對(duì)煤揮發(fā)性、產(chǎn)物的微晶結(jié)構(gòu)的影響。

三、結(jié)果分析和討論

(一)化學(xué)添加劑對(duì)煤揮發(fā)性的影響

將煤樣本和不同濃度比例的化學(xué)添加劑混合之后，當(dāng)添加劑的濃度為0-5%時(shí)，隨著添加量的增加，煤樣本的揮發(fā)性會(huì)逐漸降低。但是當(dāng)添加劑的濃度達(dá)到10% 及以上時(shí)，其揮發(fā)性呈上升趨勢(shì)。我們?cè)谙嗤膶?shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)KOH和ZnCl2的工業(yè)指標(biāo)的揮發(fā)值進(jìn)行了計(jì)算，具體結(jié)果如表2所示。

表2 煤與化學(xué)品的混合物工業(yè)分析結(jié)果

由上表可知，和實(shí)際測(cè)量值比較，煤樣本和化學(xué)添加劑混合之后的理論揮發(fā)性較低。導(dǎo)致該結(jié)果出現(xiàn)的主要原因?yàn)?，煤樣本的變質(zhì)程度較低，在加入化學(xué)添加劑之后，部分揮發(fā)會(huì)受到抑制。由此可知，KOH和ZnCl2在煤基活性炭的制備中，具有抑制揮發(fā)的作用。

(二)化學(xué)添加劑對(duì)煤產(chǎn)物的微晶結(jié)構(gòu)的影響

X射線衍射儀對(duì)碳化物的結(jié)構(gòu)檢測(cè)的結(jié)果如表3所示。

表3 煤樣本和不同比例化學(xué)添加劑混合后的碳化物微晶結(jié)構(gòu)特征

由上表可知，當(dāng)煤樣本加入KOH和ZnCl2之后，添加量越多，碳化物微晶層片的堆砌厚度以及直徑都有所下降，而且石墨化的程度也在逐漸降低，但是碳化物微晶層之間的距離逐漸增加。這一研究結(jié)果提示，在共碳化過(guò)程中，KOH和ZnCl2生成的碳化產(chǎn)物具有較低的石墨化程度，微晶的大小減少，間距增加，生成了無(wú)定形炭為主的炭前驅(qū)體，會(huì)隨著化學(xué)添加物添加量的增加而顯著增加，二者呈正相關(guān)，表示KOH和ZnCl2在煤基活性炭的制備中，對(duì)于煤炭化具有一定的作用。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜合上述分析可知，在煤炭化過(guò)程中加入適量化學(xué)添加劑能夠?qū)φ麄€(gè)過(guò)程起到控制作用，而且KOH的影響要比ZnCl2大，這是因?yàn)樵诿旱奶炕^(guò)程中，KOH和ZnCl2具有不同的化學(xué)作用。

[1]張中華，解強(qiáng)，王燕等.煤基活性炭孔結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)性能的影響[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，17(03):448-453.

[2]邢寶林，黃光許，諶倫建等.高品質(zhì)低階煤基活性炭的制備與表征[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013，23(S1):217-222.

[3]邢寶林，諶倫建，張傳祥等.KOH活化法制備褐煤基活性炭的活化機(jī)理研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，25(06):1038-1045.

[4]姜勇，張慶偉，王勝等.中孔煤基磁性活性炭的制備及性能表征[J].潔凈煤技術(shù)，2015，21(03):1-5+10.

TQ

A