高比表面积煤基活性炭的制备及其吸附性能的研究
全国中文核心期刊矿业类核心期刊（ＣＭ－ＣＤ规范＞执行优秀期刊Ｊ
ｒ、百订
高比表面勰煤基活性炭的制备
及篡吸附性能的研究
邢宝林，张传祥，潘兰英，陈明超，刘浩然
（河南理工大学材料学院，河南焦作４５４００３）
摘要：以太西无烟煤为原料，ＫＯＨ为活化剂，采用化学活化法制备高比表面积煤基活性
炭，着重考察了碱炭比、活化温度、活化时间对活性炭吸附性能的影响。研究结果表明：当碱炭
比为４、活化温度为８００。Ｃ、活化时间为１ｈ时，可以制得比表面积达３２１５ｍ２／ｇ，碘吸附值达
２８８４ｍｇ／ｇ，亚甲蓝吸附值达５４８ｍｇ／ｇ的高比表面积煤基活性炭。
关键词：高比表面积；煤基活性炭；吸附性能
中图分类号：ＴＱ４２４．１文献标识码：Ａ文章编号：１００６－６７７２（２００８）０１－００８５一０４
活性炭是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料，它具有吸附性强、化学稳定性好、力学强度高，且可方便再生等特点，被广泛的应用于工业、农业、国防、交通、医药卫生、环境保护等领域，其需求量随着社会的发展和人民生活水平提高，呈逐年上升的趋势，尤其是近年来随着环境保护要求的日益提高，使得国内外活性炭的需求量越来越大。但普通活性炭的比表面积一般为８００—１０００ｍ２／ｇ，吸附容量有限，因而比表面积达２０００～４０００ｍ２／ｇ的高比表面积活性炭应运而生，成为近年来多孔炭材料研究和开发的热点。高比表面积活性炭具有比表面积大、化学稳定性好、吸附容量大等优点，除了可替代普通活性炭更有效地应用于传统领域外，还广泛用作双电层电容器的电极材料ｕ以ｏ、催化剂载体聆］、气体分离Ｈ３和天然气储存材料＂１等。
以煤为原料来制备高比表面积活性炭不仅可以克服原料的限制，而且可以降低成本，提高产品的性能。鉴于此，实验以太西无烟煤为原料，采用ＫＯＨ活化法来制备高比表面积活性炭，并初步探讨了活化剂ＫＯＨ与无烟煤的质量比（下称碱炭比）、活化温度、活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能的影响，为高比表面积煤基活性炭的制备及应用提供理论基础和实验依据。
１实验部分
１．１实验原料及药品
原料煤：宁夏太西无烟煤，其工业分析结果见表１所示，煤样使用前烘干并破碎，取粒度为０．２—０．１ｍｍ备用。
表１原料煤的工业分析％
活化刑：ＫＯＨ，市售分析纯
１．２高比表面积煤基活性炭的制备
将无烟煤与活化剂按一定的比例混合，加少量去离子水搅拌均匀，放置于镍制反应釜中，在高纯Ｎ：气氛保护下，以５＂１２／ｒａｉｎ的升温速率升温至４０００Ｃ，在４００℃下低温脱水１ｈ，继续升温至７５０—９００％后，活化一定时间，自然冷却，收集活化料用３ｍｏｌ／Ｌ的盐酸浸泡２４ｈ，然后去离子水洗至中性，１５０℃下干燥２ｈ后备用，其具体工艺流程如图１所示。
收稿日期：２００７—０７—２６
作者简介：邢宝林（１９８２一），男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事炭材料方面的研究。
高比表面积煤基活性炭的制备及其吸附性能的研究
万方数据
原料煤’卜混匀—．活化．＋酸浸—．－水洗一干燥一活性炭｝＿＋混匀—一活化—一酸浸叫Ｋ洗一干燥一活性炭
活化剂Ｊ
图１高比表面积煤基活性炭的制备工艺流程
１．３活性炭的吸附性能的测定
分别按照ＧＢ／Ｔ７７０２．７—１９９７《煤质颗粒活性炭碘吸附值的测定》和ＧＢ／Ｔ７７０２．６—１９９７（煤质颗粒活性炭亚甲蓝吸附值的测定》测定活性炭的碘吸附值和亚甲蓝吸附值，并以此来评价活性炭的吸附
性能。
１．４活性炭比表面积及孔结构的表征
样品的比表面积及孔结构采用美国麦克公司（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ）生产的ＡＳＡＰ２０２０型吸附仪测定，以高纯Ｎ：为吸附质，采用容量法在７７Ｋ下测定试样的吸附等温线，据此计算活性炭的ＢＥＴ比表面积、
孔容积及孔径分布。
２结果与讨论
点上的碳原子基本上已消耗完，过量的ＫＯＨ参与反
应时，消耗的主要是孔隙周围作为骨架的碳原子而引起活性炭的过度烧蚀，甚至造成部分炭骨架塌
陷‘７｜，导致活性炭的比表面积下降，因此活性炭对
碘和亚甲蓝的吸附量有所减小。
‘ｂＯ
害＼
ｊ粤
燕签餐
图２碱炭比对活性炭吸附性能的影响
甲
甲
兽
＼
｛粤莲鍪蚓｝茸
２．２活化温度对活性炭吸附性能的影响
在固定碱炭比为４，活化时间为１ｈ的工艺条件下，考察了活化温度对活性炭吸附性能的影响，结果见表３。
２．１
碱炭比对活性炭吸附性能的影响
表３不同活化温度下活性炭的比裹ｉｌｉｉ积、孔容积及吸附性能
在固定活化温度为８００。Ｃ，活化时间为１ｈ的工
艺条件下，考察了碱炭比对活性炭吸附性能的影响，
结果见表２。
表２不同碱炭比下活性炭的比表面积、孔容积及吸附性能
由图３可以看出随着活化温度的升高，活性炭的碘吸附值与亚甲蓝吸附值随之增大，在活化温度
为８００℃时，碘吸附值与亚甲蓝吸附值达到最大，此
后随着活化温度的进一步升高，碘吸附值与亚甲蓝吸附值缓慢减小。其原因在于，随着活化温度的升
由图２可知，随着碱炭比的增大，活性炭的碘吸高，活化过程中产生的钾原子在煤中的扩散速度加附值和亚甲蓝吸附值亦随之显著增大，在碱炭比为快，与碳的反应速度加剧，消耗的碳原子增加，形成
４时，碘吸附值和亚甲蓝吸附值分别达到最大值
的孔隙数目增多，活性炭的比表面积随之增大，因此
（２８８４ｍｇ／ｇ和５４８ｍｇ／ｇ），但当碱炭比大于４后，活对碘和亚甲蓝的吸附量增大。尤其是当活化温度达
性炭的吸附性能开始下降。这是因为采用ＫＯＨ活到金属钾的沸点（７６２。Ｃ）后，金属钾蒸汽大量的挤化法制备高比表面积活性炭的过程中，主要发生如人已生成的孔隙中及石墨微晶的层间对活化起作下反应‘４·６１：４ＫＯＨ＋Ｃ＝Ｋ２Ｃ０３＋Ｋ２０＋２Ｈ２，随着活
用ＨＪ，所以在７５０～８００。Ｃ之间，活性炭的吸附性能
化剂ＫＯＨ用量的增大，活化反应速度加快，生成物有较大的提高，但是随着活化温度的继续升高，活化Ｋ：ｃＯ，的量增加，选择性活化反应消耗的碳亦随之反应进一步加剧，致使已产生的部分孔隙烧蚀而导增加。由于ＫＯＨ选择性活化反应消耗的主要是位致活性炭的比表面积减小，吸附性能降低。
于活性点的碳原子，并在炭基体中留下大量的孔隙，２．３活化时间对活性炭吸附性能的影响
从而使活性炭的比表面积和孔容不断增大，吸附性在固定碱炭比为４，活化温度为８００。Ｃ的工艺条
能也随之提高。但对于同一种无烟煤来说，活性点件下，考察了活化时间对活性炭吸附性能的影响，结
上的碳原子是一定的，所以当碱炭比大于４后，活性
果见表４。
＜洁净煤技术）２００ｓ年第１４卷第１期
万方数据
７
警
害
＼
趔
釜
督
嫠
活化温度／℃
圈３活化温度对活性炭吸附性能的影响
７譬
害＼趔莲鼙鞫｝茸
表４不同活化时间下活性炭的比表面积、孔容积及吸附性能
从图４中可以看出，随着活化时间的延长，活性炭的碘吸附值和亚甲蓝吸附值都呈现先增大后减小的趋势，其中在活化时间为１ｈ时，出现最大值。这是因为随着活化时间的延长，活化反应程度加深，活性炭中的孔隙数目及孔容积增加，从而使活性炭的吸附性能提高，碘吸附值和亚甲蓝吸附值增大。但活化时间过长时，活化剂ＫＯＨ还会与孔隙周围具有石墨微晶结构的骨架碳原子反应，引起活性炭的过度烧蚀，甚至造成部分孔隙结构塌陷，因此活性炭的比表面积下降，吸附性能也随之降低。结合表４中的数据可知，活化时间对活性炭吸附性能的影响不大。随着活化时间的变化，活性炭碘和亚甲蓝的吸附值主要集中在２８００ｍｇ／ｇ和５００ｍｇ／ｇ左右。
７譬
管＼
删莲留餐
下
害
誉
＼
ｊ四
莲
静
蝈
旺
茸活化时间／ｈ
图４活化时间对活性炭吸附性能的影响
２．４活性炭比表面积与吸附性能的关系
活性炭比表面积与碘吸附值及亚甲蓝吸附值的关系如图５所示，从图中可以看出，活性炭的碘吸附值及亚甲蓝吸附值随着比表面积的增大而增大，但并不呈严格的线性关系。原因在于，碘吸附值及亚甲蓝吸附值不仅取决于活性炭的比表面积，．而且还与其孔径的大小及分布密切相关。不同孔径的孔隙
高比表面积煤基活性炭的制备及其吸附性能的研究
全国中文核心期刊矿韭类核心期刊‘ＣＡＬＣＤ规范）执行优秀期刊Ｊ
ｒ、ｉ订
具有不同的吸附机理，大孔是活性炭中吸附质分子的通道，通过它才能进入到吸附表面，分子运动的通道是否通畅，对吸附速度影响较大；中孔既是吸附质分子的通道，支配着吸附速度，又在一定相对压力下发生毛细凝结，有些不能进入微孔的分子则在这里被吸附，所以中孔对大分子的吸附有重要的作用；活性炭中吸附作用最大的是微孔，它对活性炭的吸附量起着支配作用ＭＪ。
比表面积／ｍ２－ｇ
比表面积／舻．ｇ·
图５活性炭比表面积与碘吸附值及亚甲蓝吸附值的关系一般认为，碘吸附值的大小与活性炭中微孔的多少有很好的关联性，而亚甲蓝由于分子直径较大，其主要是被吸附在孔径较大的孔隙内，所以其吸附值的大小主要表征活性炭中孔的多少一Ｊ。从吸附性能的测定结果可以看出，本次实验制备出的系列高比表面积煤基活性炭以微孔为主，但中孔也占有一定的比例。
２．５活性炭的孔结构分析
活性炭样品ＡＣ８００４１（碱炭比为４、活化温度为８０００Ｃ、活化时间为ｌｈ）的孔径分布如图６所示，从图中可以看出，高比表面积煤基活性炭的孔容积主要集中分布在０．５—４ｒｉｍ之间，其中以微孔（小于２ｒｉｍ）容积为主，２～３ｎｍ中孔容积约占总孔容积的４０％左右，而大于４ｎｍ的中孔容积几乎没有，这与前面活性炭吸附性能测定得出的结论基本上一致。
Ｏ．１４
—０．１２
．警０。１０
吕
毒０－０８
袖０．０６
露０．０４
Ｏ．０２
０
孔径／ｎｍ
图６活性炭的孔径分布
万方数据
万方数据
高比表面积煤基活性炭的制备及其吸附性能的研究
作者：邢宝林， 张传祥， 潘兰英， 陈明超， 刘浩然， XING Bao-lin， ZHANG Chuan-xiang，PAN Lan-ying， CHEN Ming-chao， LIU Hao-ran
作者单位：河南理工大学材料学院,河南,焦作,454003
刊名：
洁净煤技术
英文刊名：CLEAN COAL TECHNOLOGY
年，卷(期)：2008,14(1)
被引用次数：7次
参考文献(8条)
1.Grazyna Gryglewicz;Jacek Machnikowski;Ewa Lorenc-Grabowska Effect of pore size distribution of coal-based activated carbons on double layer capacitance[外文期刊] 2005(5)
2.刘洪波;常俊玲;张红波双电层电容器高比表面积活性炭的研究[期刊论文]-电子元件与材料 2002(02)
3.沈曾民;张文辉;张学军活性炭材料的制备与应用 2006
4.立本英机;安部郁夫;高尚愚活性炭的应用技术 2002
5.周桂林;蒋毅;邱发礼超高比面积活性炭上天然气脱附性能研究[期刊论文]-天然气工业 2006(06)
6.何月德无烟煤基高比表面积活性炭的制备及其在双电层电容器中的应用研究 2003
7.何月德;刘洪波;张红波活化剂用量对无烟煤基高比表面积活性炭电容特性的影响[期刊论文]-新型炭材料
2002(04)
8.解强;张双全制备高比表面积煤基活性炭的理论基础 2002(02)
本文读者也读过(10条)
1.任楠.夏建超.董安钢.唐颐.REN Nan.XIA Jian-chao.DONG An-gang.TANG Yi煤基活性炭制备工艺及表面性质的研究进展[期刊论文]-洁净煤技术2001,7(2)
2.肖仁贵.廖霞.曾祥钦.Xiao Rengui.LIAO Xia.Zeng Xiangqin木质素对煤基活性炭影响分析[期刊论文]-煤炭转化2005,28(3)
3.韩露.李开喜.高峰.Han Lu.Li Kaixi.Gao Feng工艺参数及灰分对煤基活性炭吸附性能的影响[期刊论文]-煤炭转化2008,31(3)
4.朱文魁.唐志红.张双全.樊亚娟催化法制备煤基活性炭试验研究[会议论文]-2004
5.王大春.童仕唐.张海禄.胡新亮高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展[期刊论文]-武汉科技大学学报（自然科学版）2003,26(3)
6.邢宝林.谌伦建.张传祥.刘杰.徐承焱.Xing Baolin.Chen Lunjian.Zhang Chuanxiang.Liu Jie.Xu Chengyan NaOH活化法制备煤基活性炭的研究[期刊论文]-煤炭转化2009,33(1)
7.杨晓霞.周安宁.Yang Xiaoxia.Zhou Anning KOH-水蒸气活化法制煤基活性炭和氢气的研究[期刊论文]-煤炭转化2011,34(2)
8.张文辉.梁大明我国煤基活性炭发展趋势探析[期刊论文]-煤质技术2003(4)
9.阎超.李开喜.贾林才.YAN Chao.LI Kai-xi.JIA Lin-cai煤基高比表面积活性炭的制备研究[期刊论文]-科技情报开发与经济2010,20(31)
10.邢宝林.张传祥.谌伦建.赵继芬.耿慧星.Xing Baolin.Zhang Chuanxiang.Chen Lunjian.Zhao Jifen.Geng Huixing配煤对煤基活性炭孔径分布影响的研究[期刊论文]-煤炭转化2011,34(1)
引证文献(7条)
1.杨晓霞.周安宁神府煤KOH催化水蒸气活化制备活性炭和H2[期刊论文]-洁净煤技术 2011(4)
2.阎超.李开喜.贾林才煤基高比表面积活性炭的制备研究[期刊论文]-科技情报开发与经济 2010(31)
3.郭厚焜.仲兆平.张居兵.金保昇橡木锯屑制备直接碳燃料电池活性炭[期刊论文]-太阳能学报 2011(3)
4.张居兵.仲兆平.郭厚焜.金保昇直接碳燃料电池活性炭制备的实验研究[期刊论文]-热能动力工程 2010(2)
5.刘克万.黄小美天然气吸附储存技术[期刊论文]-煤气与热力 2009(11)
6.何彩群.覃丽娟.田玲玲.廖燕煤基活性炭生产与再生研究[期刊论文]-工业安全与环保 2009(11)
7.康东娟.唐晓龙.易红宏.宁平.叶智青.李凯超级活性炭的制备和性能研究及应用现状[期刊论文]-环境科学与技术 2011(7)
本文链接：https://www.360docs.net/doc/0f1767479.html,/Periodical_jjmjs200801023.aspx