活性炭是一种良好的吸附剂,可以吸附各种有机物和无机物,被广泛应用于制药、化工、食品、加工、冶金工业、农业等各个领域。近年来,制备活性炭寻求廉价原料的探索受到重视。除尘灰是钢铁企业在生产过程排放的大量粉尘和副产品,量大且粒度细,主要成分是铁和碳,还有少量的钙、镁、硅、铝的氧化物。由于原料本身的限制,采用物理活化法制备的活性炭比表面积较低,而采用化学品KOH活化法制备时,虽然能得到较高性能的产品,但高温条件下KOH的强烈腐蚀性、原材料的高价格、工艺的复杂性使得该工艺难以大规模生产。有研究表明在原料中加入ZnCl 2、KOH、H 3 PO 4及碳酸盐等物质可促进炭化物成为各向同性、难石墨化、无定型碳结构为主的碳素前驱体,Wigmians等发现含K或Na的碱金属化合物可以促进生成微孔发达的高比表面积活性炭。
用除尘灰分离碳粉作原料,造粒时加入少量KOH (<2wt%)作为添加剂,采用水蒸气活化的方法制备颗粒活性炭,确定了添加剂的_佳加入量,并探讨了添加剂在2实验部分2.1原料实验原料铁厂窑尾除尘灰,除尘灰的成分见,除尘器灰中除了含有大量碳粉外还含有大量Fe的氧化物、SiO 2、Al 2 O 3、CaO、MgO等无机杂质,经磁选和化学法分离后得到灰分在8%左右的碳粉原料,其组成。造粒所用的粘结剂为煤焦油。
活性炭样品的制备将原料碳粉、煤焦油、水三者之比为30:9:6的比例配料,分别另外加入0%、0.75%、1%、1.5%、2%的KOH (分析纯),将混合物料装入模具中,以30MPa的压强压制成直径为3mm长5mm料条。将压制好的颗粒于80℃干燥后,置于活化炉中,炭化到500℃并保温30min,再升温到850℃通入水蒸气活化2h,然后在N 2保护气氛中冷却。
测试方法及分析仪器实验制得活性炭的得率按照下式计算:活化得率(%)=活性炭的重量(g)/活化前混合料的重量(g)×_活性炭的比表面积测定采用Quantachrom公司生产的CHEMBET-3000化学吸附仪,利用低温(77K) N 2吸附法测定活性炭的比表面积。
采用密闭吸附装置用称量法测定活性炭对苯的吸附量。采用日本D/MAX-B型X射线衍射仪,分析活性炭微晶结构。测定条件为Cu-Kα射线,扫描范围2θ为10°8°对活性炭进行X射线衍射分析,以测定其微晶结构特征。采用JEOL JSM-6335F型场发射扫描电子显微镜观察活性炭表面形貌。
按照GB7702.6-87测定活性炭的亚甲基蓝吸附值,按GB7702.7-87测定活性炭的碘吸附值,按GB/T7702.15-1997测得活性炭的灰分。
结果与分析3.1 KOH添加量对活性炭性能的影响列出了制备的活性炭的性能参数。可以看到随着KOH添加量的改变,活性炭比表面积、碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的变化规律,说明添加KOH后对制备的活性炭的孔结构产生影响,当添加量小于0.75%时,碘吸附值变化不大,比表面积只提高了5.6%,在加入量为0.75%1.5%时,碘吸附值和比表面积显著提高,在添加量为1.5%时出现_大值。
如果再增加KOH的加入量,活性炭收率明显降低,碘吸附值和比表面积也呈下降趋势。亚甲基蓝吸附值随着KOH加入量的增加而增大。
一般来说,亚甲基蓝吸附量在_程度上反映活性炭中孔或大孔的数量,而碘吸附量反映了活性炭微孔数量的多少。由可知,适量的添加剂可以促进活性炭中微孔的生成,当KOH加入量为1.5%时制得活性炭的孔集中在微孔范围,从而使碘吸附值和比表面积达到_大值。而随着KOH加入量的增大,当加入量为2%时,活性炭中孔结构可能集中在大孔范围,从而使活性炭对碘吸附值降低,而对亚甲基蓝的吸附量有所增加。
在KOH加入量为0.75%1.5%时,活性炭的得率在18%左右;再增大添加剂含量,活性炭得率明显降低,灰分在此也出现了较大变化。
利用除尘灰分离碳粉制备活性炭的过程中,在原料中加入少量KOH作为添加剂,对活性炭的微晶结构,孔隙结构、表面形貌产生影响,在KOH加入量为1.5%时制备的活性炭孔隙分布均匀,有较高的吸附能力。KOH作为添加剂在活性炭制备过程中影响炭化和活化过程:1在炭化过程,促进生成取向性差难石墨化的炭素前驱体,使制得的活性炭乱层程度增加,为活化过程打下良好基础。