用于CH_4/N_2分离的高效活性炭制备及其吸附平衡和动力学研究

以椰壳为活性炭原材料,通过高温炭化、对KOH活化条件进行优化,制备出高比表面积活性炭,并采用CO_2二次活化提高微孔材料对CH_4/N_2的吸附选择性,研制出高效吸附分离CH_4/N_2的椰壳活性炭。采用磁悬浮热天平测量了303~363K、0~1 000kPa下CH_4和N_2在所制备的高效椰壳活性炭上的吸附等温线,采用Toth模型对吸附平衡数据进行拟合,获得模型参数和吸附热等动力学参数。建立等温、无动量损失的双分散二级孔结构扩散模型,采用稀释穿透曲线法研究了CH_4和N_2在此高效椰壳活性炭上的吸附动力学。最后,通过固定床吸附分离CH_4/N_2的实验,研究了椰壳活性炭动态吸附分离CH_4/N_2机理,为优化设计CH_4/N_2吸附分离过程提供基础理论依据。     

中等比表面积高容量活性炭电极材料制备和表征

以天然高分子椰壳为原料,采用ZnCl2,预活化和CO2/水蒸气活化的二次活化法制备活性炭.用氮气吸附和傅里叶红外表征活性炭材料的比表面积,孔结构以及表面化学性质.结果显示,所制备的活性炭比表面积和孔径可调,中孔率为16.3%～36.9%.经首步活化的中间炭具有丰富的微孔和表面官能团,并随着第二步活化时间的增加逐渐分解,同时伴随着炭烧失率增加,导致比表面积、孔容和孔径的增大.以制备的活性炭作为电极材料,6 mol·L-1 KOH电解液构成模拟电容器.采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法研究了其电化学性能.结果显示,含氧官能团增加了活性炭表面的润湿性,并对比电容的增加有较大的贡献;而炭材料的比表面积增加对比电容有负面影响.中等比表面积968 m2·g-1样品的比电容达到278 F·g-1,面积比电容高达29μF·cm-2.     

机械力-磷酸法木质活性炭的制备

本研究采用机械力-磷酸法制备制备了良好吸附性能的木质活性炭。通过单因素和响应面中心组合设计法,考察各工艺条件对活性炭吸附性能的影响。另外,采用傅立叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪表征了活性炭的孔结构及表面官能团。通过分析得知其表面含有羟基、酚羟基、羧基等含氧官能团。通过孔径及表面积分析可知活性炭均主要以微孔为主,其中含有少量中孔存在,产品平均孔半径在1.3nm左右。     

磷酸法木质素基活性炭活化过程研究

以玉米芯木质素为原料,采用磷酸活化法制备木质素基活性炭.结合FTIR、低温氮吸附、拉曼光谱等表征手段,探究了不同活化温度(300～600℃)及磷酸与木质素质量比(1～3)对活性炭孔隙结构的影响,并探究磷酸活化木质素的反应机理.对比研究了有无磷酸作用下木质素受热过程中气体产物的变化规律.实验结果表明,磷酸降低了木质素中官能团的断键温度,使得CO、CO_2和CH_4的生成温度降低;促进了高温下(500℃)木质素半焦的缩聚,使高温下H_2生成量增多;中孔和微孔在350℃以上开始发展,在500℃孔隙最为发达,温度的进一步升高使得孔体积减小;磷酸与木质素质量比增大可以提高中孔率.在活化温度500℃和磷酸与木质素质量比2～3条件下,制得活性炭比表面积达1 046 m~2/g,收率55%.     

Fe(NO_3)_3处理的活性炭毡对苯酚的吸附行为

通过Fe(NO_3)_3处理改变活性炭毡的结构和性质得到若干改性活性炭毡,采用氮气吸附法、傅里叶红外光谱法、Boehm滴定法、热重分析法表征吸附剂内在结构特征及表面官能团。以苯酚为吸附质,调变吸附时间、浓度研究吸附剂的苯酚吸附行为,并分别采用Langmuir、Freundlich和Temkin模型拟合和比较。研究表明,Fe(NO_3)_3处理降低活性炭毡的热稳定性。Fe(NO_3)_3处理降低活性炭毡的比表面积和孔容,但Fe(NO_3)_3处理前后活性炭毡的微孔孔容和比表面积仍显著大于活性炭。同时增加了大量表面酸性含氧官能团(主要为羧基)。处理前后的活性炭毡和活性炭的吸附过程均包括快速吸附、慢速吸附和吸附平衡阶段;活性炭毡系列样品吸附速率、吸附量均分别高于活性炭。活性炭毡平衡吸附量随Fe(NO_3)_3负载量增大而减少,是由于活性炭毡结构和/或表面含氧官能团单独或共同影响所致。活性炭毡表面含氧官能团抑制了吸附。苯酚吸附过程满足Langmuir方程。     

不同活化因素对秸秆活性炭孔结构的影响

以K_2CO_3为活化剂,辣椒秸秆为原料制备活性炭,研究活化温度、活化时间、浸渍比和浸渍时间等影响因子对活性炭孔结构的影响.以比表面积、总孔容及碘吸附值为表征指标,对活性炭孔结构进行分析.结果表明,在给定的取值范围内,随着影响因子值的增加,比表面积和碘吸附值都呈现先升高后降低的趋势.在800℃活化温度、120min活化时间、2∶1浸渍比、24h浸渍时间的最佳条件下,制备的活性炭比表面积和碘吸附值的最大值分别达到1 753.983m~2/g,1 754mg/g,总孔容为0.893cm~3/g,平均孔径2nm,微孔率达84%.     

氯化锌活化大麻布活性炭纤维的孔结构

以大麻布为原料,氯化锌为活化剂,在不同活化温度下制备大麻布活性炭纤维样品。采用低温氮气吸附和密度函数理论(DFT)等对样品的孔结构和表面能量分布等表面织构特征进行了研究。结果表明,样品BET比表面积随活化温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势,800℃时达到最大值915 m2/g;样品是典型的微孔材料,孔分布集中于2 nm以下的微孔范围内,只有极少部分的中孔,基本没有大孔;样品的表面能量分布较宽,为不均匀性表面;随活化温度的升高,样品碘吸附量呈先增大后减小的变化趋势,与微孔孔容、总孔容以及由BET比表面积的变化趋势一致。     

磷酸活化汉麻布活性炭纤维的孔结构

以汉麻布为原料,采用磷酸活化法制备了汉麻布活性炭纤维,并利用低温氮气吸附和密度泛函理论(DFT)对样品的孔结构进行了分析。结果表明,随着活化温度的升高,磷酸活化的汉麻布活性炭纤维的BET比表面积和总孔容都呈现先增大后减小的变化趋势。不同方法计算得到的样品比表面积值呈相同的变化规律。样品的孔分布集中在2 nm以下的微孔范围内,既有极微孔又有超微孔,只有少量中孔,基本没有大孔。所有样品的孔径在微孔范围内都呈现多峰分布,孔径≤1 nm和1~2 nm的范围内分别都出现了2个峰值孔径。微孔孔容基本上随活化温度的升高而增加,而中孔孔容的数值则整体上变化不大。样品表面能量分布较宽,并呈现有多个不连续峰值的多峰分布,宽的孔径分布导致宽的表面能量分布和较多的能量峰值,并使吸附位的种类也随之增多。     

微波辐射-ZnCl2活化柚子皮制备活性炭

以废料柚子皮为原料,ZnCl2为活化剂,采用微波辐射法制备了活性炭．采用正交实验研究了活化剂浓度、微波功率和活化时间对活性炭得率和吸附性能的影响．同时采用美国ASAP-2020吸附仪测定了所制备活性炭的Na吸附脱附等温线和孔径分布,采用红外光谱分析了样品的表面官能团,采用扫描电镜观察了样品的表面形貌．结果表明：ZnCl2质量浓度为50％,微波功率为850W,活化时间为8min工艺条件下制得的活性炭碘吸附值为1024mg／g;亚甲基蓝吸附值为160mL／g,产率为34．5％;比表面积为1490mm／g,总孔容为1．574cm^3／g,平均孔径为4．225nm．该活性炭为中孔型,比市售活性炭有更加发达的孔隙结构及更多的表面含氧基团,吸附性能优于市售活性炭．     

活性炭纤维孔结构和表面含氧官能团对甲醛吸附性能的影响

通过对活性炭纤维(ACF)进行热处理和氧化改性得到具有不同比表面积、孔结构以及含氧官能团的ACF样品,并对这一系列样品进行甲醛吸附研究。实验结果表明,沥青基活性炭纤维(P-ACF) OG-5A具有最小的比表面积和孔容,具有最大的甲醛穿透容量。通过回归分析表明,ACF样品的甲醛穿透容量主要由孔径为0.9～1.8 nm的孔的比表面积和孔容来决定,而不是取决于总比表面积和总孔容。P-ACF OG-7A的氧化改性显著提高了样品的甲醛吸附能力,其中浓HNO_3改性后提升效果最为明显,改性后穿透容量为58.21 mg/g,是未改性样品穿透容量的2.5倍。氧化改性ACF表面含氧量的增加使得甲醛吸附能力增强,进一步通过Boehm滴定实验和回归分析表明酸性含氧官能团(酚羟基、内酯基、羧基等)数量的增加是ACF样品甲醛吸附能力提升的主要原因。酸性含氧官能团富含C=O、C-OH等亲水基团,对甲醛的吸附十分有利。     

盐酸处理对活性炭纤维吸附性能的影响

采用盐酸对活性炭纤维进行预处理,通过单因素实验和正交试验比较了不同处理条件对活性炭纤维的处理效果;通过碘吸附值研究处理前后活性炭纤维的吸附性能变化,通过低温液氮吸附表征活性炭纤维的比表面积及孔结构变化,并通过扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)表征活性炭纤维表面形貌及表面官能团的变化.实验结果表明,经盐酸处理后,活性炭纤维的吸附性能明显提高.且当盐酸质量分数为4%,振荡时间为50min时,其碘吸附值较原样提高24.89%,比表面积较原样增大27.45%,孔容由0.425 639mL·g-1增大为0.465 181mL·g-1,微孔数量增多;活性炭纤维表面形貌较原样变化不大,材料中的含氧官能团的吸收峰略微增强,苯环吸收峰逐渐消失.     

添加钙对酚醛树脂基球形炭活化特性及孔结构的影响

将线型酚醛树脂与硝酸钙均匀混合 ,利用乳化法 ,经炭化和活化成功制备出酚醛树脂基球形活性炭 ,利用氮吸附法对所制备活性炭的孔结构进行了研究。结果表明 ,添加钙加快了球形炭的活化速率 ;含钙球形活性炭的微孔比表面积减小 ,但是其孔径分布变化不大 ;含钙球形活性炭具有3～ 4nm之间的优势中孔以及较大的中孔率 ;随着活化烧失率的增大 ,4nm以上的中孔继续增多而 3～ 4nm之间的中孔变化不明显 ,表明含钙球形活性炭的中孔有不同的形成机理。     

麻炭的制备及其微观结构

以汉麻秆为原料,通过直接炭化、磷酸/氯化锌活化法制备了麻炭。采用扫描电镜(SEM)、液N₂吸附、亚甲基蓝吸附和碘吸附分别对麻炭的微观骨架结构、表面织构、孔分布及吸附性能进行了表征。结果表明,麻炭微观形貌呈现多孔性的骨架结构,由彼此平行且直通的两种管道构成,管与管之间由管壁隔断,管壁本身分布着丰富的微孔,而且三种麻炭样品中均以微孔为主且微孔分布呈多分散性。未经活化处理的麻炭,其孔径主要分布在小于1.3nm的范围内,但其比表面积和孔容较小。磷酸和氯化锌活化的麻炭的比表面积分别达1388m²/g和1691m²/g,两者的孔分布较为相似,除了在小于2nm的范围内均有微孔分布外,还存在2～4nm范围内的中孔分布。麻炭对亚甲基蓝及碘的吸附值随比表面积的增大而增加,氯化锌活化的麻炭对亚甲基蓝和碘的吸附值最大,其次依次为磷酸活化的麻炭和未经活化处理的麻炭。     

活化条件对活性炭表面性质的影响

用N_2吸附法系统研究了温度和气氛(还原性气氛,情性气氛)对重庆松藻原煤试制活性炭表面性质(比表面积、孔径分布、孔结构及孔形状)的影响;红外光谱法初步测定了活化条件对其表面基团的影响。结果表明,活性灰在不同气氛中经高温活化,表面积减小,按顺序:在氮气氛中减小不大,在H_2气中减小较大,在(N_2+H_2)混合气中明显减小。孔由微孔为主变成以中孔为主,孔形由墨水瓶形变成园筒形。     

碳酸钾化学活化法制备土霉素菌渣活性炭研究

为了解决制药行业土霉素菌渣处置的难题,该文以土霉素菌渣为原材料,K2CO3为活化剂,采用化学活化法制备土霉素菌渣活性炭.通过电镜扫描和氮气吸附对较佳条件下制备的活性炭特性进行了表征.实验得出制备土霉素菌渣活性炭的较佳工艺条件为:活化温度800℃,活化时间3h,活化比1∶3.该活性炭的苯酚吸附值为215 mg/g,比表面积达1 593.09 m2/g,亚甲基蓝吸附值为117 mg/g.该活性炭孔结构丰富,主要以微孔为主,平均孔径为1.09 nm,微孔孔容为0.54 cm3/g,中孔孔容为0.27 cm3/g.     

抗金黄色葡萄球菌活性炭的制备及工艺优化

本研究采用浸渍法制备了良好抗菌性能的载铜活性炭。通过单因素Plackett －Burman （ PB）设计和Box－Behnken Design （ BBD）中心组合设计法,考察各工艺条件对所制备的载铜活性炭抗菌率的影响,确定制备载铜活性炭的最佳工艺条件为活化时间2h,氯化铜浓度为0．07 mol· L－1,浸渍时间2h,活化温度700℃,浸渍比3时,抗菌率达100％。另外,采用傅立叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪表征了活性炭的孔结构及表面官能团,通过傅立叶红外光谱仪分析得知其表面基团存在较多的含氧基团,通过孔径及表面积分析可知活性炭主要以微孔为主,也有不少数量的中孔存在。     

过氧化氢改性活性炭对三甲胺废气的吸附

对煤质柱状活性炭进行H2O2改性,测试了H2O2改性前后活性炭的比表面积和含氧官能团,研究了其对三甲胺的静态吸附量、动态穿透曲线、脱附活化能。结果表明,经氧化改性后活性炭的表面含氧官能团、比表面积均有明显提高,其中以体积分数为15%的H2O2溶液浸渍1.5h后的活性炭最佳。其对三甲胺的吸附量达到440.9mg/g,较改性前提高了281.5%。对三甲胺的动态吸附穿透时间由10min提高到35min,脱附活化能由11.461kJ/mol提高到15.663kJ/mol,改性后活性炭的吸附性能得以提高。     

不同活化方法对开心果壳活性炭的孔结构影响

以开心果壳为原料制备活性炭,通过在-196 ℃下测定活性炭的氮气吸附等温线,探讨ZnCl₂法、KCl法以及ZnCl₂-KCl-H₂O联合活化法对活性炭孔结构的影响.研究表明:ZnCl₂法制备的开心果果壳活性炭以微孔为主,采用40%ZnCl₂溶液浸渍,在500 ℃下活化1.5 h后得到的活性炭的比表面积为630 m²·g^-1;单独KCl活化法不能起到较好的活化效果;对于ZnCl₂活化法和KCl活化法,增加水蒸气活化都能增强活化效果,尤其对KCl活化的增强效果最为明显,使其比表面积增大近9倍,但其孔结构仍是微孔为主;ZnCl₂-KCl-H₂O联合活化法能有效增加活性炭的中孔,采用40%ZnCl₂和6%KCl溶液浸渍,在900 ℃下活化1.5 h后得到的活性炭的中孔添加量为0.10 cm³·g^-1,比表面为740 m²·g^-1,中孔孔径集中在4 nm.     

核桃壳真空化学活化制备活性炭

采用真空化学活化法,以核桃壳为原料,氯化锌为活化剂制备活性炭,探讨体系压力、活化温度、浸渍比对活性炭比表面积、孔径分布、碘值和亚甲基蓝值以及表面性质的影响。研究结果表明,30 kPa时制备的活性炭其比表面积和总孔体积比常压条件时分别提高了27%和25%;在低压条件下有利于微孔的形成,在高浸渍比的条件下有利于中孔的形成。在体系压力为30 kPa,活化温度为450℃,浸渍比为2.0时,所得活性炭的BET比表面积为1 800 m2/g,总孔体积为1.176 cm3/g,等电点为9.15,碘吸附量为1 050 mg/g,亚甲基蓝吸附量为315 mg/g。     

富含纳米孔活性炭的制备、表征及其吸附性能研究

以玉米秸秆皮为原材料,在无惰性气体氛围下,以ZnCl2为活化剂制备活性炭.以亚甲基蓝为探针分子,通过正交实验获得最优活性炭的制备工艺.通过扫描电镜对所制最优活性炭的表面形貌进行研究,运用氮气吸附-脱附实验对其比表面积和孔容积进行检测,并考察了吸附时间、吸附温度对其吸附亚甲基蓝性能的影响.扫描电镜观测到自制活性炭表面具有大量纳米孔,氮气吸附-脱附实验结果表明,自制活性炭平均孔径为1.98 nm,比表面积达到934 m2/g,孔结构中以微孔为主.自制活性炭在60 min左右可以达到吸附平衡,并且吸附效果随温度升高变化不大,吸附效果明显优于市售活性炭.