第26卷第3期武汉科技大学学报(自然科学版)
Vol.26,No.3
2003年9月J.of Wuhan Uni.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition )
Sep 2003
收稿日期:2003-04-10
作者简介:王大春(1976—
),男,武汉科技大学化工与资源环境学院,硕士生1高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展
王大春1,童仕唐1,张海禄1,胡新亮2
(1.武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北武汉,430081;2.济南钢铁集团公司技术中心,山东济南,250000)
摘要:就制备高性能活性炭的炭化料作了综合论述,介绍了原料的选取、炭化路径及其速度的控制、煤的氧化改性和化学药剂的添加等因素对炭化物结构的影响。关键词:活性炭;炭化;炭素前驱体;非石墨化炭
中图分类号:TQ424.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3090(2003)03-0251-03
1 问题的提出
当今,随着活性炭需要量的增加和用途的扩大,生产活性炭的主要原料已经由木材、果壳等转向煤炭。用煤炭生产活性炭与其他含碳物质一样,都是在几百度温度下炭化,然后再活化而制得的。原材料的炭化是经过热分解放出挥发分,氢与氧绝大部分呈气体的形态脱离,碳则以石墨微晶的形式残存,这些微晶之间相互的配向不规则,各个微晶之间存在着间隙,从而形成初始孔隙,为活化创造条件。原料的炭化温度一般在(500～800)℃的范围内,在这个温度下形成的炭并不是完全的炭,而是被称为炭素前驱体的物质。“炭素前驱体”的结构基本上决定了再处理(再经更高温度处理)炭的结构。炭素前驱体是一种“无定型炭”,它是“由数层的炭网平面组成的微晶群和其他未组成层的单个网状平面以及无规则炭三部分组成”。这三部分含量的多少以及由此决定的网平面重叠程度的大小,可以将无定型炭分为“易石墨化炭”和“难石墨化炭”。同时这三部分含量的多寡最终决定了吸附性能的好坏,要使其具有高吸附性能,则需要构成多孔性。为了满足这个条件,从理论上说,活性炭微晶结构必然是非平面化的组成成分的无规则排列的结果。活性炭的微晶结构是典型的无定型结构,并且石墨化度越低,层间距d 002值越大,比表面积就越大,吸附性能越高。邱介山[1]用X 射线技术研究了碳分子筛的微晶结构,发现碳分子筛的微晶结构是典型的无定型碳结构;解强等[2]发现,活性炭微晶的层间距d 002越大,微晶尺寸L c 和L a 越小,活性炭的吸附性能越好;牟应蓉[3]在X 射线衍射分析的基础上,又计算了活性炭微晶结构的石墨化度g ,发
现微晶结构的不规则程度越大,即层间距越大,活
性炭的吸附性能越大;反之,吸附性能越小。由此可见,要制备高质量的活性炭,炭化料的制备是关键。本文就高质量煤基活性炭炭化料制备的几个问题进行探讨。
2 制备高性能活性炭炭化料
2.1 原料的选择
在活性炭的生产中一般选用煤化度较浅的无粘结性煤,如褐煤、不粘煤、弱粘煤为原料。因为煤的组成中含有纤维素炭、丝炭较多,加热时比较容易形成微晶的杂乱排列和较多的孔隙结构,在生产过程中不需特别加工。如果用粘结性煤,如气煤、肥煤、焦煤、瘦煤制造活性炭,则要对原料进行变性处理。这种煤是所有煤中最缺乏孔隙结构、内表面积最小和反应性最低的一种煤。老年无烟煤煤化度最深,其基本微晶中石墨层状排列比较规则,这对制造活性炭是不利的,所以选用年轻的无烟煤,它既具有含碳量高、挥发分适中的优点,又具有加热不产生煤焦油、物料不粘结、不膨胀、不易形成微晶规则排列的石墨化结构等好处,比较容易制造出优质的活性炭。另外,灰分也是选择活性炭原料方面的一个重要指标,原料中的无机成分在炭化过程中几乎不减少而残存于炭化料中,当原料中的灰分为1%时,若炭化得率为20%,则炭化料中的灰分将为5%;如用该炭化料生产活性炭,假设活性炭的得率为50%,则活性炭的灰分含量将达到10%。由于灰分几乎没有吸附能力,它与灰分为零的场合比较,单位质量活性炭的吸附能力就降低10%左右,因此要求原料中的灰分尽可能少。对灰分较高的煤样,可以在炭化前用HCl 2HF 脱灰。
2.2 炭化路径及其升温速度的控制
含炭材料通过加热处理进行炭化的过程中,在达500℃左右的加热条件下,生成“炭素前驱体”。根据微晶排列取向性的差异,把炭素前驱体分为两类:择优取向性好的易石墨化炭和没有取向性的难石墨化炭。炭素前驱体的结构特征决定了进一步热处理后所得的炭素材料的结构。取向性好的易石墨化的炭素前驱体进一步加热经石墨化过程可得到石墨炭。取向性差的难石墨化的炭素前驱体即使在很高的高温处理后,其石墨化程度也很低。因此,可以认为,经低温炭化过程得到了哪种低温型炭素前驱体,那么在进行高温处理时,除非采用特殊的处理方法,否则只能出现与其低温型相对应的高温型结构。所以,为了制取具有任意结构、进而具备任意物性的炭素前驱体,关键在于控制在到达低温型结构以前的过程以及以化学反应为主的所谓炭化过程。
含炭材料的炭化可分为三条途径,即气相炭化、液相炭化和固相炭化。含炭材料的具体炭化路径取决于含炭材料的熔点、沸点和炭化反应的起始温度等。在炭化温度下,含炭材料以气相存在,所进行的炭化过程为气相炭化;含炭材料以液相存在,所进行的炭化过程为液相炭化;含炭材料以固相存在,所进行的炭化过程为固相炭化。对制固体多孔性吸附材料,有意义的炭化主要是固相炭化。对无高度取向结构的原材料,经固相炭化,一般成为取向性差、难石墨化、各向同性的炭素前驱体。
炭化升温速度对炭素前驱体的微晶结构有很大的影响。对粘结性煤,由于是液相炭化,在可塑区内,特别是在原料煤的软化熔融带,采取缓慢加热升温,将煤中粘结性成分从低温区徐徐分解析出,使颗粒固化,从而避免熔融、粘结、膨胀。提高升温速度会增加胶质体的生成量,扩大原料煤的软化、固化温度间隔。由于升温速度的提高,可使煤的热分解速度加快,短时间内产生较多合适的游离基,而且气体的析出速度和胶质体的流动性增加,有利于中间相的生长和炭素前驱体石墨化度的提高,但不利于活性炭孔隙结构的发育。因此,用粘结性煤为原料时必须避免快速升温。对于非粘结性煤,由于是固相炭化,提高升温速度却有相反的结果。Jankowska等[4]认为,高的升温速度对微晶结构的有序化不利。这是因为在固相中进行,自由基移动慢,没有足够的时间有序化,同时,高的升温速度会在短时间内析出大量的挥发分,结果生成大的孔隙,而且炭化反应产物的反应性也较慢速升温时高(这是因为大的孔隙和微晶结构的有序化程度低的缘故)。但值得注意的是,高的升温速度对活性炭的强度不利,升温速度提高,炭化产物的强度下降。
2.3 对煤进行氧化以控制炭化物的结构
张双全等[5]用KNO3以水溶液的形式与煤粉混合搅拌均匀,在650℃条件下炭化30min后得到易于孔隙良性发育的炭化料。究其原因,是因为煤中存在大量的毛细孔道,大部分KNO3溶液在与煤的混合过程中渗透到煤的毛细孔道内部,一部分则被吸附到煤粒的表面。在物料的炭化过程中,硝酸钾分解放出氧气,将煤分子中的烷基侧链氧化成为二氧化碳、一氧化碳等气体,并在煤的大分子上形成含氧官能团,在煤被氧化的同时,还伴随着煤的分解作用,这两种作用均使煤分子的侧链官能团断裂,煤大分子的核也受到不同程度的破坏,从而抑制了煤热解过程中的分子重排,使层间距增大,有利于活化过程中的扩孔作用,在炭化后形成非石墨化炭化料。由于氧化作用在煤的毛细孔内部,使得炭化过程中形成的初始孔隙率较高。由于煤在低温下就开始热分解,这样就减少了一次热解产物在孔隙中的二次热解,从而也就减少了产生积碳的机会,所以孔隙中的阻塞物较少,活化气体的可达性提高,这种作用对煤样的扩孔、造孔、提高活化速度是非常有利的。对粘结性煤,通常在小于300℃(低于燃点)下用空气或含氧小于10%的气体对煤进行轻度氧化,使部分氧结合在煤中、煤表面形成一层粘结性低的氧化膜,从而降低煤的粘结性和膨胀性。粘结性煤经过改性后炭化得到的炭化料微晶结构与未改性处理的炭化料相比,石墨微晶的层间距d002增大,微晶层片的尺寸L c变小(见表1),说明改性处理表1 炭化料的X衍射结果[6]
炭化料样
微晶结构参数
d002/nm L c/nm 原煤未改性炭化料0135121533
氧化改性炭化料0135321279
的炭化料,无定型结构更发达,更适合生产高吸附性能的活性炭。笔者的实验表明,经过氧化改性处理后的炭化料对苯酚的吸附容量为55.35mg/ g,比未经改性处理的炭化料的吸附容量大28.28mg/g。乐政等[6]采用对原料煤样在280℃下氧化处理60min,煤的粘结性指数大大降低,然后以不高于5℃/min的升温速度升温至600℃炭化30min,所得炭化料互不粘结,无膨胀性,机械强度较高,大于未经氧化的炭化料的强度。据文
252 武汉科技大学学报(自然科学版) 2003年第3期
献[7,8,9]报道,对煤进行预氧化后炭化对炭素前驱体的结构有重大影响。煤氧化后再经炭化,炭化物中d 002增大,L c 减小,石墨化程度降低,有利于生成各向同性、难石墨化的炭素前驱体。这是因为氧化使煤的含氧量增加,大分子中的侧链被氧化,甚至芳香环也被氧化而生成含氧官能团,在空间形成交联结构,从而在炭化过程中难以形成有序化的石墨微晶。但是用空气氧化,难以在颗粒物料的内部均匀进行,而用KNO 3,可以在物料的内部均匀进行。笔者把煤样(高硫、低变质程度的烟煤)在空气中升温到280℃下处理60min 后,以8℃/min 升温到600℃,处理30min ,测得炭化料对苯酚的吸附容量为32.69mg/g ,而用KNO 3以同样的升温方法氧化后的炭化料对苯酚的吸附容量为59.58mg/g 。2.4 添加化学药剂
对于粘结性煤,在其中加入少量的化学药剂
如H 3BO 3和KMnO 4,能降低煤的粘结性,H 3BO 3是与煤中的羟基官能团发生酯化反应,提高了煤的软化温度。研究最多的是加入KOH ,有研究表明[2]:随KOH 的增加,所得炭化物微晶尺寸减小,层间距增大(见表2),即生成了各向同性以无定型炭为主的炭素前驱体。由于KOH 与煤的反
表2煤与不同比率的KOH 共炭化的炭化物的结构特征
KOH 比率/%
0151025炭化物d 002
0136101366013670137301375微晶尺寸/nm
Lc 1146911538113001108601947L a
21331
21228
21225
21221
21047
应在远低于产生胶质体的温度下进行,这样本可
以对形成液晶做出贡献的侧链小分子就预先除去,炭化时不可能生成形成液晶所需的气、液相条件,炭化只能按固相炭化过程进行,必然生成取向
性差的炭素前驱体。
3 结语
经过对煤样的选取,采用控制炭化升温速度,
氧化改性,添加化学药剂,能使改性后的炭化料的无定型炭微晶结构更显著,活化更容易进行,用这样的炭化料能够生产出高质量的活性炭。
参考文献
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Macroporosity in Activated Larbons by E ffect of Coal Preoxidation and Burn 2off [J ]1Carbon ,1996,34(6):7831
Progress of R esearch in Preparation of High G rade Activated C arbon Precursor by C arbonization of Coal
W A N G Da 2chun 1
,TON G S hi 2tang 1
,ZHA N G Hai 2l u 1
,HU Xi n 2liang
2
(1.Wuhan University of Science and Technology ,Wuhan 430081,China ;
2.Jinan Iron and Steel Com pany ,Jinan 250000,China )
Abstract :The preparation of high grade activated carbon precursor by carbonization of coal is summa 2rized 1The influence of raw material selection ,heat treatment procedure ,modified properties by oxidation as well as addition of chemical reagents.
K eyw ords :activated carbon ;carbonization ;char precursor ;non 2graphitic carbon
[责任编辑 郑淑芳]
3
522003年第3期 王大春,等:高质量煤基活性炭炭化料的制备研究进展
煤基活性炭的定向制备与再生研究 煤基活性炭的定向制备与再生研究 摘要：对煤基活性炭生产过程中炭化与活化的机理展开了详细的分析和论述，同时分析了制备过程中影响质量的因素，并且具体分析了活性发电极材料的定向制备。介绍了活性炭再生以及评价方法，为煤基活性炭的快速发展提供参考。 关键词：煤基活性炭；炭化；活化；再生 中图分类号： TQ424.1 文献标识码： A 文章编号： 引言：活性炭又叫多孔炭，是一种具有高度发达的孔隙结构和极大表面积的人工炭材料，其物理化学性质稳定，耐酸碱，能经受水湿、高温及高压，不溶于水和有机溶剂，使用失效后可以再生，是一种循环经济性材料。并且活性炭的制备原料十分广泛，主要分为木质类和煤质类原料。木质类原料主要有果壳，农作物秸秆及纸浆废液等；煤质类原料主要有褐煤，无烟煤，焦炭煤及石油，石油沥青焦等。 一、煤基活性炭的生产 1、炭化 煤基活性炭的生产工艺中，炭化的主要目的是使煤分子结构中的含氧官能团断裂并使得自由基芳环进行分解聚合，从而可以增加碳的含量，为活化过程中需要形成的孔隙碳结构进行培育。煤基活性炭的炭化过程，简单的说就是在隔绝空气，不加入化学品的条件下热解。炭化过程首先是包括氢、氧等大部分的非碳元素经过分解之后，以气态的形式释放，之后一些自由的碳元素互相结合，形成有序结构，也就是石墨微晶单元形式，然后，那些无序的碳就可以填充进去，经过活化之后形成发达的空隙结构活性炭。 2、活化 煤基活性炭的活化过程就是利用水蒸气和二氧化碳等对碳进行 弱氧化的过程。活化过程分为化学活化法和物理活化法，所谓化学活化法是将化学药剂与含碳的物质进行混合，然后结合炭化进行活性炭的生产；而物理活化法是利用水蒸气和二氧化碳、氧气等与含碳物质
煤质活性炭在水处理中的应用方式 煤质柱状活性炭用于有毒气体的净化，废气处理，工业和生活用水的净化处理，溶剂回收等方面。并且广泛应用于工农业生产的各个方面，如石化行业的无碱脱臭（精制脱硫醇）、乙烯脱盐水（精制填料）、催化剂载体（钯、铂、铑等）、水净化及污水处理；电力行业的电厂水质处理及保护；化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制；食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色；黄金行业的黄金提取、尾液回收。 煤质柱状活性炭用于饮用水深度处理时，通常有以下几种方式： 1.活性炭砂滤料双层滤料滤池，即用煤质柱状活性炭代替原有砂滤池中的部分砂滤料。炭一砂双层滤料滤池。通过炭层的吸附与砂层的过滤作用，可有效去除水中有机污染物。同时还可以除氨（NH4 双层滤料过滤过滤时，上层是无烟煤滤料，下层是石英砂，承托层滤料是鹅卵石（起承托作用，非过滤粒径或非过滤材料）。同理，三层滤料过滤过滤时，为了提高滤池出水水质，过滤器内的滤床设立单层滤料。将大颗粒而相对密度小的无烟煤滤料分布在上层；中颗粒中相对密度的滤料石英砂分布在中间层；小颗粒大相对密度的磁铁层滤料在下层，这样的滤料称为三层滤料池。这么设计特别适合于滤料脏了以后的反冲洗，滤料会自动分层，密度较小的在上层，密度较大的在下层。 2.用煤质柱状活性炭替换砂滤池中全部砂滤料，使起吸附兼过滤的作用。 3.快滤池后的单独活性炭池。即在砂滤池后面设置GAC滤池，进行二次过滤。砂滤池主要截除矾花。活性炭池吸附有机物、酚和嗅昧。与上两种工艺相比，单独活性炭池基建费用较高。但能
利用较多的活性炭吸附，降低运行费用，易更换活性炭，能更有效地去除TOC、挥发性有机物和特种有机物等。 4.生物活性炭（BAC）法工艺，指经臭氧预处理的水的活性炭吸附过程。 臭氧与颗粒活性炭相结合的臭氧生物活性炭净水处理工艺（BAC法），包括三个过程：臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解。BAC法能高效去除水中的有机物，延长活性炭使用寿命。
活性炭的制作方法 郑州虹阳净水材料有限公司整理 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 高活性光催化的空气净化粉体材料及其制备方法与应用 本发明公开了一种在紫外、可见光和*辐射条件下都具有较好的光催化效果的空气净化粉体材料及其制备方法和应用，空气净化粉体材料为带有掺杂元素的纳米氧化钛包覆*米极性矿物电气石颗粒形成的纳米-*米复合粉体材料，所述掺杂元素为稀土元素或/和过渡元素，其中稀土元素为选自Ce、Pr、La、Sm、Eu、Nd元素的氧化物或硝酸盐中的一种或几种，所述过渡元素为选自Fe、Ag、Co、Cu、Zn元素中的一种或几种。本发明的空气净化材料在紫外、可见光和*波条件下都具有较好的光催化效果，光催化产生的· 含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺 本发明公开了一种含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺，该材料由含活性炭的内核与陶质薄膜层外壳组成。其制备工艺是：在活性炭、膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得内核;在膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得外壳材料，将外壳材料粘合于内核表面，高温烧结，得到球状颗粒复合材料。这种含活性炭的复合材料，表面为多孔状的陶质薄膜层外壳，该结构在确保活性炭吸附性能的同时，提高了材料的耐压性、耐磨性，可防止活性炭碎屑、粉末的掉落;同时，在使用一段时间后，用户可自行对材料进行脱附处理，恢复材料的吸附活性。该颗粒复合材料可应用于有*、有害气体的吸附去除。
活性炭改性研究进展 韩严和 全 燮 薛大明 赵雅之 陈 硕 (大连理工大学环境科学与工程学院,大连116023) 摘 要 本文从表面结构特性、表面化学性质和电化学性质3个方面叙述了国内外在活性炭改性方面的研究进展。 表面结构特性改性主要是从增大比表面积和控制孔径分布两方面展开,从而增大吸附量;表面化学性质改性主要是通过氧化还原改变表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性,从而改变对极性、极性较弱或非极性物质的吸附能力;电化学性质改性主要是通过加微电场改变活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质的变化,从而改变吸附性能。最后,本文还从活性炭的吸附性质方面,客观地提出了今后发展方向。 关键词 表面结构性质 表面化学性质 电化学性质 活性炭 改性 Advance of research on modified activated carbon Han Yanhe Quan Xie Xue Daming Zhao Yazhi Chen Shuo (School of Environmental Science and Tech nology ,Dalian University of Technology ,Dal ian 116023) A bstract The paper depicts the advance of research on modified active carbon at home and abroad from surface structure properties ,chemical characterization and electrochemical characterization .The modification of surface structure properties is m ainly done by enlarging specific surface area and co ntrol porosity ,according -ly enlarging adsorption capacity .The modification of surface chemical characterization is done by redox to modify relative content of o xygen containing acid g roup and base g roup and loading of metal compound ,ac -co rdingly modify the adso rption capacity of dipoles ,w eak dipoles and non -dipoles molecules .The modifica -tion of electrochemical characterization is m ainly done by exposing activated carbon under w eak electric field to modify the charge of the surface and chemical character change ,accordingly modify the adso rption capacity .In the end ,advance of research is proposed in the future from adsorption capacity of activated carbon . Key words surface structure properties ;surface chemical character ;electrochemical character ;activ ated carbon ;modification 收稿日期:2002-10-13 作者简介:韩严和(1976～),男,安徽安庆人,硕士,主要研究方向为 环境工程(主要是水处理),现研究课题为活性炭电改性处理染料废水。 活性炭是一种优良的吸附剂,它能吸附各种有机物和无机物。活性炭具有多孔结构,吸附容量大、速度快,能有效地吸附气体、胶态物质及有机色素等,因此广泛用于食品工业、化学工业和环境保护等各个领域。它还有一个最大的特点就是饱和后可以再生。 活性炭具有很大的吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定,同时,活性炭的电化学性质对吸附性能也有很大的作用。活性炭 的表面化学性质和表面结构特性决定其吸附性能。对活性炭进行氧化改性处理可使两者性质同时发生改变,缓和的氧化使表面含氧基团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不很大。强氧化改性则使其微孔系结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。 1 表面物理结构特性的改性 结构特性决定了活性炭的物理性吸附。结构特性主要是指微孔体积、比表面积和微孔结构等,普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附性能差等特点。因此,有必要对其结构进行改性。活性炭的比表面积、孔径分布等物理性质对其吸附能力有很大的影响。活性炭的孔径分布是影响吸附容量的主要因素,这是因为分子筛的作 用,当尺寸较大的吸附质分子不能进入孔直径比其小的孔内,孔径与吸附质分子的关系及吸附性能如下[1]: 第4卷第1期环境污染治理技术与设备 Vol .4,No .12003年1月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Jan .2003
第34卷第2期煤 炭 学 报V o.l34 N o.2 2009年2月J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETY F eb. 2009 文章编号:0253-9993(2009)02-0252-05 煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能 张传祥1,2,张 睿1,成 果1,谢应波1,詹 亮1,乔文明1,凌立成1 (1 华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海 200237;2 河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作 454000) 摘 要:以太西无烟煤为原料、KOH为活化剂制备高比表面积的活性炭.采用N2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔径分布进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性.在碱炭比为4 1,800 条件下活化1h制备的活性炭比表面积达3059m2/g,总孔容为 1 66c m3/g,中孔率63%.该活性炭在3m ol/L KOH电解液中的比电容为322F/g,大电流密度 下充放电时的比电容保持率高,漏电流仅有0 06mA,是理想的超级电容器电极材料. 关键词:活性炭;超级电容器;比表面积;比电容 中图分类号:TQ536 9 文献标识码:A Preparation and electroche m ical properties of coal based activated carbons Z HANG Chuan x iang1,2,Z HANG Ru i1,C HENG Guo1,X I E Y i n g bo1, ZHAN L iang1,Q I A O W en m ing1,LI N G L i cheng1 (1 S t a t e K e y La boratory of Che m ic a lE ng ineeri ng,E ast China University of Sc i ence and Technol ogy,Shangha i 200237,Ch i na;2 School o f M ateri a l S cie nce and Engineeri ng,H e nan P olytec hn ic Un i versit y,Jiaozuo 454000,Ch i na) Abst ract:Anthracite fr o m Ta i x iCoa lM i n e w as activated by KOH to prepare h i g h perfor m ance activated carbons as electr odes for e lectric doub le layer capacitors(EDLCs).The effect of preparation para m eters on the properties o f acti v ated car bons w as i n vesti g ated and t h e ir EDLC properties w ere m easured i n3m ol/L KOH aqueous so lution. The surface area of t h e AC sa m ple prepared w ith KOH/coal ratio of4 1at800 for1h reaches3059m2/g,and its pore volum e is1 66c m3/g,i n w hich the m esoporosity is63%.The as prepared acti v ated carbons exh i b it lar ge capacitances(322F/g)and lo w leakage current(0 06mA). K ey w ords:activated car bon;super capac itor;spec ific surface area;specific capac itance 电化学电容器(EDLC)又称超级电容器(super capac itor),是介于充电电池和电容器之间的一种新型的储能器件,具有功率密度大、循环寿命长、可快速充放电,安全和无污染等特点,是一种高效、实用和环境友好的能量储存装置[1-2].在便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源、应急后备电源等许多领域都有广阔的应用前景及独特的应用优势[3-7].高比表面积活性炭因具有比表面积大、化学稳定性高以及导电性好等优点,一直是制造双电层电容器电极的首选材料.从容量、功率密度、阻抗等方面考虑,作为理想的电极材料,不仅要有高的比表面积,而且要有合理的孔径分布[4].煤作为高比表面积活性炭的前驱体具有以下优点[8-13]:首先,在煤中碳是主要元素,无烟煤的碳含量可达到90%;其次,煤 收稿日期:2008-02-24 责任编辑:柳玉柏 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50672025);国家自然科学基金重点项目(50730003);上海市 登山行动计划 基础研究重点项目(06J C14018) 作者简介:张传祥(1970 ),男,河南台前人,副教授,博士研究生 E-m ai:l zcx223@163 co m;联系人:张睿,男,山西静乐人,副教授.Te:l021-********,E-m ai:l z hangru i davi d@ecust edu c n
煤质柱状活性炭采用优质煤为原材料,经过炭化→冷却→活化→洗涤等一系列工序研制而成。 其外观普遍为黑色圆柱状煤质柱状活性炭，不定形煤质颗粒煤质柱状活性炭，又称破碎炭。 圆柱形煤质柱状活性炭又称柱状炭，一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成。 也可以用粉状煤质柱状活性炭加粘结剂挤压成型。具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点； 用于有毒气体的净化，废气处理，工业和生活用水的净化处理，溶剂回收等方面。 煤质柱状活性炭是一种多孔性的含碳物质，其高度发达的孔隙结构使它具有庞大的表面积，所以很容易与空气中的有毒有害气体（有害杂质）充分接触，这种高度发达的孔隙结构——毛细管构成了一个强大吸附力场。 从而赋予了煤质柱状活性炭所特有的吸附性能。当这些有毒、有害气体(杂质)碰到毛细管时煤质柱状活性炭孔周围强大的吸附力场会立即将有毒、有害气体（杂质）分子吸入孔内，达到净化空气的作用。 但不是所有的煤质柱状活性炭都能吸附有害气体，只有当煤质柱状活性炭的孔隙结构略大于有害气体分子的直径，能够让有害气体分子完全进入的情况下（过大或过小都不行），才能达到最佳的吸附效果。 目前市场上主要有竹炭和乌金炭类工艺品，乌金炭价格极贵，碘吸附指标仅为650毫克/克左右；
官网地址：https://www.doczj.com/doc/894764507.html, 竹炭类产品碘吸附指标也仅为700毫克/克左右，与这两类产品相比，而果 壳类煤质柱状活性炭碘吸附指标达到1000～1200毫克/克左右，果壳类煤质柱 状活性炭具有价格低、吸附效果好、性价比好等特点。 废水的处理方法很多，主要有化学沉淀法、电解法和膜处理法等。 柱状活性炭可由许多种含炭物质制成，这些物质包括木材、锯屑、煤、焦 炭、泥煤、木质素、果核、硬果壳、蔗糖浆粕、骨、褐煤、石油残渣等。 其中煤及椰子壳已成为制造活性炭最常用的原炓。 活性炭的制造基本上分为两过程，第一过程包括脱水及炭化，将原料加热， 在170至600℃的温度下干燥，並使原有的有机物大約80％炭化。 第二过程是使炭化物活化，这是经由用活化剂如水蒸汽与炭反应来完成的， 在吸热反应中主要产生由CO及H2组成的混合气体，用以燃烧加热炭化物至适 当的溫度（800至1000℃），以烧除其中所有可分解的物质，由此产生发达的微 孔結构及巨大的比表面积，因而具有很强的吸附能力。 煤质柱状活性炭是一种多孔性的含炭物质，它具有高度发达的孔隙构造， 是一种极优良的吸附剂，每克活性炭的吸附面积更相当于八个网球埸之多。而 其吸附作用是藉由物理性吸附力与化学性吸附力达成。 其組成物质除了炭元素外，尚含有少量的氢、氮、氧及灰份，其結构则为 炭形成六环物堆积而成。由于六环炭的不规则排列，造成了活性炭多微孔体积 及高表面积的特性。 煤质柱状活性炭：适合应用于电厂原水净化、自来水净化.尤其在化工污水 的过滤净化处理以及电厂锅炉采用苦咸水的氯根处理方面,有很好的处理效果 理.
一种改性活性炭的制备方法，黎福根，唐怀远Patents Publication number CN103043659 A Publication type Application Application number CN 201210548722 Publication date Apr 17, 2013 Filing date Dec 17, 2012 Priority date Dec 17, 2012 Publication number 201210548722.1, CN 103043659 A, CN 103043659A, CN 201210548722, CN-A-103043659, CN103043659 A, CN103043659A, CN201210548722, CN201210548722.1 Inventors 黎福根, 唐怀远 Applicant 湖南丰日电源电气股份有限公司 Export Citation BiBTeX, EndNote, RefMan Patent Citations (3), Classifications (1), Legal Events (3) External Links: SIPO, Espacenet 一种改性活性炭的制备方法 CN 103043659 A Abstract 本发明公开了一种改性活性炭的制备方法，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；其制备过程是先使用活性炭吸附铅离子；再使用碱将铅离子沉积在活性炭表面；最后通过热处理使氢氧化铅分解成氧化铅，并负载在活性炭表面；活性炭、铅盐与碱通过球磨方法发生化学反应，然后在保护气环境下通过高温处理制备。本发明制备工艺简单，生产周期短，易于工业化生产，设备投资较少；绿色环保；应用广泛；能够增大活性炭的比电容。 Claims(2) 1. 一种改性活性炭的制备方法，其特征在于，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；所述的改性活性炭的制备过程是：1.先使用活性炭吸附铅离子； 2.再使用碱将铅离子沉积在活性炭
煤质活性炭生产工艺 无烟煤活性炭采用优质无烟煤为原材料，成品无烟煤活性炭从外观上一般分为颗粒活性炭、柱状活性炭、蜂窝活性炭、粉末活性炭等，有时可根据客户需求另行加工。 一、活性炭生产过程表述： 1.原料初选： 选用优质无烟煤，用螺旋洗料机将原材料进行反复水洗，去除材料中杂质，将水洗过的原材料经过晴天晾晒，为炭化作准备； 2.炭化阶段： 生产活性炭一般需要2台回转炉，一台炭化用，一台活化用。先将炭化炉升温，温度达到达到150℃左右，材料内的水分几乎蒸发完毕；炭化炉温度达到400℃时，木质材料有机物急剧地进行热分解，炉温达到在500-700℃左右时为高温煅烧阶段，煅烧过程中生成液体产物已经很少，排出残留在木炭中的挥发性物质，高温煅烧是炭化阶段最重要的环节，直接决定了木炭的固定碳含量，优良的炭化料固定碳含量一般在85%以上。炭化料出炉初步进行生化检测，检测其水分、固定炭含量、灰分与碘值等， 3.活化阶段： 将活化炉升温，将炭化过的原料进入到活化炉，高压注入水蒸汽、二氧化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为活化介质，在高温下（600～900℃左右，活化段温度）进行活化，炉内温度为电脑显示控制，活化的温度与时间长短会对活性炭的碘值有直接的影响。活性炭活化阶段是生产活性炭最关键的一环，直接决定了活性炭的品质，即碘值。 4.活化好的炭避免与空气接触，直接进入经冷却塔冷却，待活性炭的温度降到100摄氏度左右为冷却完毕，此时可表观活性炭的成色，以质地均匀，乌黑密实的炭为上乘，此时进行生化指标检测，根据活性炭的国家标准检测方法检测，确定活性炭成品的质量指标。 5.用皮带输送机送往破碎机粉碎，利用排风机的吸力将输送带上活化料吸入破碎机中，重量较大的沙石等杂质留在除杂机上被除去，粉碎后的细炭由风力吸入分离器中，粗炭由分离器返回破碎机中再碎，合格炭随风力送往旋风或震动筛中分离，旋风分离器排出的气体再经袋滤器捕集细炭粉之后排空，由旋风分离器与振动筛分离的炭，可直接作为成品出售。若用户对活性炭纯度要求较高，则上述所
1 活性炭的表面官能团 活性炭的表面化学性质决定了其化学吸附特性。化学性质主要指活性炭表面的化学官能团,可分为含氧官能团和含氮官能团;含氧官能团又可分为酸性含氧官能团和碱性含氧官能团:酸性基团有羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基及环式过氧基等,碱性氧化物普遍认为是苯并噁口英钅翁的衍生物或类吡喃酮结构基团。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质,有利于吸附各种极性较强的化合物;碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。 2 活性炭的表面改性 化学官能团作为活性中心支配了活性炭表面化学性质,而活性炭表面官能团的数量和种类主要是由生产活性炭的原材料所决定,从而对成品活性炭进行改性处理以改善其吸附性能就有一定的意义。活性炭表面化学性质的改性可以从氧化改性、还原改性、酸碱处理改性、负载金属改性、酸碱改性等方面进行。下面分别加以论述: 2. 1 氧化改性 一般活性炭属于非极性物质,由于它的疏水性,使它可以在水溶液中有效吸附各种非极性有机物,但吸附溶液中具有一定极性的亲水性的溶质就有困难。天然有机物中的非腐殖质物质包括碳水化合物质、蛋白质、肽类、氨基酸、脂肪和色素等许多低分子量有机物以及藻类有机物等。一般说来,这类有机物易被微生物分解。近年来的研究表明,消毒副产物相当一部分是来自水中的非腐殖质部分的天然有机物,按DOC 计算,与腐殖质部分的天然有机物形成的消毒副产物相比,二者比例相当。而这部分物质在常规处理工艺中的去除作用较弱,因此可以通过改变活性炭表面碱性和酸性基团的含量,从而对活性炭进行氧化处理以提高对此类物质的吸附能力。氧化改性主要是利用强氧化剂在适当的温度下对活性炭表面的官能团进行氧化处理,从而提高表面含氧基团的含量,增强表面的极性。表面极性较强的活性炭易吸附极性 物质,从而可以达到吸附回收或废水处理的目的。当前对活性炭氧化改性研究主 要以硝酸氧化改性为主,此外针对过氧化氢和次氯酸的研究也较多。对活性炭进行氧化改性处理可使其化学性质和微孔结构同时发生改变,缓和的氧化改 性处理可使活性炭表面的含氧集团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不大;强氧化改性则使其微孔结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。活性炭经氧化处理后,表面酸性基团大量增加, 表面亲水性增强, 零电点p H(p Hpzc) 值降低,而硝酸氧化同时可导致活性炭的结构塌陷,比表面积降低,过氧化氢对纤维活性炭(ACF) 有一定的活化作用。氧化改性可增强活性炭对CO2，SO2。、苯、金属离子等极性较强的物质的吸附,但减弱了对苯酚、腐殖酸等有机物质的吸附。王琳发现利用强氧化剂对活性炭进行改性,改变了活性炭表面官能团的性质,使原来具有催化还原能力的官能团,改性为具有氧化能力的官能团,从而抑制了活性炭中亚硝酸盐的形成,使出水中亚硝酸盐浓度从未改性活性炭的2 . 0mg/ L 降低为改性后的0. 01mg/ L 改性后活性炭的吸附性能有不同程在硝酸改性过程中,活性炭的孔隙结构在破坏的同时也不断生成,改度的升高和降低,应根据活性炭的应用领域选择不同的改性工艺。与市售活性炭比较,改性活性炭的碘吸附值总体下降,说明硝酸改性对活性炭的微孔结构产生破坏。随着温度的升高和处理时间的延长,改性活性炭 的吸附性能总体呈先升后降的趋势。在本实验条件下,硝酸改性活性炭的较
第8卷 第19期 2008年10月167121819(2008)1925463205 科 学 技 术 与 工 程 Science Technol ogy and Engineering Vol 18 No 119 Oct . 2008 Ζ 2008 Sci 1Tech 1Engng 1 化工技术 活性炭表面化学改性及应用研究进展 陈孝云 林秀兰 魏起华 林金春 欧水丽 (福建农林大学材料工程学院,福州350002) 摘 要 活性炭表面官能团的种类与数量决定了活性炭的表面化学性质,而化学性质决定了活性炭的化学吸附特性。通过改变活性炭表面官能团的种类与数量、消除某些基团或者负载增加活性中心,可以改善活性炭对特定吸附质的吸附能力。论述了活性炭表面化学性质的氧化、还原、酸碱、等离子体、金属负载和电化学等改性及其应用研究进展。关键词 活性炭 吸附 表面化学改性 表面化学性质中图法分类号 T Q42411; 文献标志码 A 2008年5月27日收到国家自然科学基金(30571461)、福建省科技 厅星火计划项目(3182)、福建省自然科学基金(2008J0225)、青年教师基金(08B20)资助 第一作者简介:陈孝云,男,硕士,讲师,研究方向:离子液体和炭材料。E 2mail:chenxy_dicp@1261com 。 活性炭因孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富、灰分含量低、化学性质(耐酸、耐碱、耐热)稳定、机械强度高、不溶于水和有机溶剂、可再生重复利用等优点,被广泛用于治理水体、空气、土壤等环境中有机、无机、细菌及尘埃等污染物 [1—3] 。 但由于活性炭品种少、技术含量低、缺少功能化高品质专用活性炭,制约我国活性炭行业迈向更高层次的应用 [3—5] 。将活性炭改性处理,研制出对污染物高效、深度净化的功能活性炭,是降低活性炭使用成本、扩大其使用范围、提高其利用效率的有效途径,是活性炭行业未来发展方向 [4,6] 。活性炭改性主要是通过一些物理、化学处理,改变其孔隙结构(如孔容、孔径大小与分布等);改变活性炭表面的酸、碱性;或者在活性炭表面引入或去除某些官能团使活性炭具有某种特殊的吸附性能和催化特性 [7—10] 。此外,采用不同的活化方法或不同的活化 剂也可以实现制备不同孔径分布及不同表面化学特性的活性炭 [11] 。目前,针对活性炭表面化学性质 改性的方法主要有氧化改性、还原改性、酸碱改性、等 离子体改性、金属负载改性和电化学改性等[8—15] 。 1 活性炭表面化学性质 活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构,而且取决于其表面化学性质,表面化学性质决定了活性炭的化学吸附 [9] 。化学性质主要由表面的化 学官能团的种类与数量、表面杂原子和化合物确定,不同的表面官能团、杂原子和化合物对不同的吸附质的吸附有明显差别 [16] 。因此对活性炭表面 化学结构进行化学改性,使其吸附具有更高的选择性具有重要的意义。活性炭表面官能团一般分为含氧官能团(图1)和含氮官能团(图2);含氧官能团主要有羧基、酚羟基、羰基、内酯基及环式过氧基等,含氮官能团可能存在形式有两类酰胺基、酞亚胺基、乳胺基,类吡咯基、类吡嘧啶基等 [11—13] 。 图1 活性炭表面含氧官能团
活性炭的制备 1 活性炭的制备原料 (1) 2 活性炭的制备方法 (1) 3 煤基活性炭的制备方法 (2) 4 煤基活性炭中的粘结剂 (3) 1 活性炭的制备原料 活性炭的结构特性依赖于前躯体的性质、原料的炭化、活化和化学的调整条件[22]。选择合适的原料是影响活性炭性质的一个重要因素，活性炭可用各种类型的碳质材料来制备，来源非常广泛，大体可以分为以下几类： ①有机高分子聚合物，如萨兰树脂、酚醛树脂、聚糖醇等； ②植物类，主要是利用植物的坚果壳或核，如核桃壳、杏核、椰壳等； ③煤及煤的衍生物，如各种不同煤化度的煤及其混合物。 原料的选择一般以低灰分、高含碳量以及尽可能低的挥发分为最佳。较好的原料主要是煤（褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤）、木材、果壳。由于煤来源广泛、价格低廉、制备工艺相对简单而应用较多。煤的主要成分是碳，表面化学性质活泼，孔隙率高、比表面积大，其多孔结构有利于制成活性吸附材料。在以煤为原料制备活性炭的技术开发方面，德国、日本、美国、俄罗斯和中国已做了大量的研究工作，并取得了一定成果。 2 活性炭的制备方法 活性炭的制备方法主要可以分为：碳化法、活化法、碳沉积法、热收缩等方法。碳化法是将碳质原料置于惰性气氛中，以适当的热解条件得到碳化产品的方法。其基本原理是基于加热过程中各基团、桥键、自由基和芳环等复杂的分解聚合反应，表现为碳化产物的孔隙发展、孔径的扩大和收缩。在碳化过程中，碳质原料中的热不稳定组分以挥发分形式脱出，从而在半焦上留下孔隙。碳化法适用于高挥发分原料，是所有其他方法的基础。影响碳化过程的主要因素是升温速率、碳化温度与恒温时间。采用的升温速率一般在5～15°C/min，碳化温度多在500～
煤质活性炭生产工艺公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
煤质活性炭生产工艺 无烟煤活性炭采用优质无烟煤为原材料，成品无烟煤活性炭从外观上一般分为颗粒活性炭、柱状活性炭、蜂窝活性炭、粉末活性炭等，有时可根据客户需求另行加工。 一、活性炭生产过程表述： 1.原料初选： 选用优质无烟煤，用螺旋洗料机将原材料进行反复水洗，去除材料中杂质，将水洗过的原材料经过晴天晾晒，为炭化作准备； 2.炭化阶段： 生产活性炭一般需要2台回转炉，一台炭化用，一台活化用。先将炭化炉升温，温度达到达到150℃左右，材料内的水分几乎蒸发完毕；炭化炉温度达到400℃时，木质材料有机物急剧地进行热分解，炉温达到在500-700℃左右时为高温煅烧阶段，煅烧过程中生成液体产物已经很少，排出残留在木炭中的挥发性物质，高温煅烧是炭化阶段最重要的环节，直接决定了木炭的固定碳含量，优良的炭化料固定碳含量一般在85%以上。炭化料出炉初步进行生化检测，检测其水分、固定炭含量、灰分与碘值等， 3.活化阶段： 将活化炉升温，将炭化过的原料进入到活化炉，高压注入水蒸汽、二氧化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为活化介质，在高温下（600～900℃左右，活化段温度）进行活化，炉内温度为电脑显示控制，活化的温度与时间长
短会对活性炭的碘值有直接的影响。活性炭活化阶段是生产活性炭最关键的一环，直接决定了活性炭的品质，即碘值。 4.活化好的炭避免与空气接触，直接进入经冷却塔冷却，待活性炭的温度降到100摄氏度左右为冷却完毕，此时可表观活性炭的成色，以质地均匀，乌黑密实的炭为上乘，此时进行生化指标检测，根据活性炭的国家标准检测方法检测，确定活性炭成品的质量指标。 5.用皮带输送机送往破碎机粉碎，利用排风机的吸力将输送带上活化料吸入破碎机中，重量较大的沙石等杂质留在除杂机上被除去，粉碎后的细炭由风力吸入分离器中，粗炭由分离器返回破碎机中再碎，合格炭随风力送往旋风或震动筛中分离，旋风分离器排出的气体再经袋滤器捕集细炭粉之后排空，由旋风分离器与振动筛分离的炭，可直接作为成品出售。若用户对活性炭纯度要求较高，则上述所收集的活性炭，还必须经过酸洗、水浇和脱水处理，以除去活性炭中铁盐和灰分等杂质，然后活性炭还需烘干，使含水率降至≥10%，即为活性炭成品。 二．以下是我公司生产工艺图 三．以下是我公司生产设备图
1.煤质活性炭主流生产工艺及产污分析 （1）生产工艺流程 煤质活性炭生产工艺主要工序为破碎磨粉、成型、炭化、活化、成品处理等。 回转炉炭化、斯列普炉活化工艺流程是国内煤质活性炭生产的主流工艺,主要分布在宁夏、山西,约占全国煤质活性炭生产企业总数的7２%。 图1 活性炭生产工艺流程图 合格的原料煤入厂后,被粉碎到一定细度(一般为200目)，然后配入适量黏结剂(一般为煤焦油）在混捏设备中混合均匀，然后在一定压力下用一定直径模具挤压成炭条,炭条经炭化、活化后,经筛分、包装制成成品活性炭。 （2）生产过程中的排污节点、污染物排放种类、排放方式
破碎磨粉工序排放颗粒物（煤尘）,排放方式主要是有组织排放。 成型工序排放颗粒物(煤尘）、挥发性有机物,多以无组织形式逸散。 炭化、活化工序排放的主要污染物为颗粒物、SＯ2、NO X、苯并[a］芘（B ａP)、苯、非甲烷总烃（ＮMＨＣ）及氰化氢(ＨCN），排放方式为有组织排放。具体详见下表。 表１煤质活性炭污染物排放方式、排放种类、行业特征污染物 (３）无组织排放 煤质活性炭工业生产过程无组织排放节点有混捏成型工序、煤焦油储罐区、炭化工序车间门窗处、成型料晾晒场等。排放的污染物为挥发性有机物和一氧化碳。 污染末端治理 （1）磨粉、混捏、成品筛分包装工序粉尘治理 活性炭行业磨粉、混捏、成品筛分包装工序产生粉尘污染,磨粉工序生产设备内产生的粉尘经旋风除尘器及布袋除尘器收集，并作为原料回用，除尘效率98%以上。新建和大型企业成品筛分包装工序有回收设施回收，规模较小企业存在无组织排放现象。混捏工序无组织废气无处理措施,通过标准制定，引导企业
煤质柱状活性炭介绍 煤质柱状活性炭选用优质无烟煤为原料，采用先进工艺加工精制而成。外观为黑色柱状颗粒。有孔隙率发达、比表面积大、吸附力强、机械强度高、易反复再生、造价低等特点。 广泛用于有毒气体净化、废气处理、工业和生活用水的净化处理、溶剂回收等方面。 煤质柱状活性炭的应用 煤质柱状活性炭用于有毒气体的净化，废气处理，工业和生活用水的净化处理，溶剂回收等方面。广泛应用于工农业生产的各个方面: 1. 如石化行业的无碱脱臭（精制脱硫醇）、乙烯脱盐水（精制填料）、催化剂载体（钯、铂、铑 等）、水净化及污水处理； 2.电力行业的电厂水质处理及保护； 3.化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制； 4.食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色； 5. 黄金行业的黄金提取、尾液回收； 6. 环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化； 7. 以及相关行业的香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制 备等。 ?煤质柱状活性炭主要技术参数 ?执行标准GB/T 7701.4-1997
注意事项： 1、柱状活性炭在运输过程中，防止与坚硬物质混状，不可踩、踏，以防炭粒破碎，影响质量。 2、柱状活性炭储存应储存于多孔型吸附剂，所以在运输储存和使用过程中，都要绝对防止水浸，因水浸后，大量水充满活性空隙，使其失去作用。 3、防止焦油类物质在使用过程中，应禁止焦油类物质带入活性炭床，以免堵塞活性炭空隙，使其失去吸附作用。最好有除焦设备净化气体。 4、防火活性炭在储存或运输时，防止与火源直接接触，以防着火、活性炭再生时避免进氧并再生彻底，再生后必须用蒸汽冷却降至80℃以下，否则温度高，遇氧，活性炭自燃。
活性炭的表面改性及其研究 摘要：活性炭表面的不饱和电子云和炭结构中存在的杂原子影响了其应用范围，为了满足应用要求，必须对其表面进行改性；介绍了活性炭表面改性的方法，包括对活性炭外观、形状的改变，采用碳沉积技术对孔结构的改变，针对不同应用条件对活性炭表面极性的改性等。 关键词：活性炭；表面改性；改形；极性基团 Abstract: unsaturated electron cloud on the surface of the activated carbon and structure of the carbon hetero-atom affected its application scope, in order to meet the application requirements, must be on the surface modification; The method of the surface modification of activated carbon are introduced, including the appearance, the shape of the activated carbon change, using carbon deposition technology to the change of pore structure, according to different application conditions on the surface polarity of the modified activated carbon, etc. Key words: activated carbon; The surface modification; Change shape; Polar groups 前言 1 【活性炭应用领域扩大对其性能提出了更新、更高的要求，在“高吸附、多功能、高强度”的总要求下，（减低活性炭的使用成本，扩大使用范围，提高利用效率的有效突进）【4,6】。出现了对专用炭质吸附材料需求量越来越多的趋势。目前用传统工艺生产出来的活性炭只能识活性炭表面结构的基础上，采用某种可行的途径对其进行表面改性，从而达到实际应用的目的。现在的活性炭种类少，技术含量低，缺少功能化高品质专用的活性炭，【3-5】】 一、前言 与树脂、硅胶、沸石等吸附剂相比，活性炭具有许多独特且不可替代的特性。 活性炭吸附剂的优点 1、活性炭的表面特性活性炭具有的表面化学性质、孔径分布和孔隙形状不同，是活性炭具有选择性吸附的主要原因。 2、化学性质稳定、容易再生活性炭的化学性质稳定、能耐酸、耐碱，所以能在较大的酸碱度范围内应用；活性炭不溶于水和其他溶剂，能在水溶液和许多溶剂中使用。 3、催化性质活性炭作为接触催化剂用于各种异构化、聚合、氧化和卤化反应中。它的催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用。 4、有较发达的孔隙结构活性炭具有发达的孔隙结构，除了活性分子筛以外，孔径分布范围较广，具有孔径大小不同的孔隙，能吸附分子大小不同的各种物质。
文章编号:１００１-９７３１(２０１７)０１-０１２４４-０５ 褐煤基活性炭和无灰煤基活性炭性能对比研究? 樊丽华１,２,王晓柳１,侯彩霞１,２,孔碧华１,梁英华１,２ (１．华北理工大学化学工程学院,河北唐山０６３００９; ２．河北省环境光电催化材料重点实验室,河北唐山０６３００９) 摘要:以褐煤和褐煤基无灰煤为原料,采用KO H直接活化法制备了高比表面积活性炭,对比了褐煤基活性炭和无灰煤基活性炭的灰分含量,比表面积,孔径结构及电化学性能.结果表明,褐煤和无灰煤在相同制备条件下可分别获得灰分为５．６１％和０．４９％的高比表面活性炭,将两种活性炭用于以３mol/L KO H为电解液的双电层电容器中,单电极质量比电容分别为１８２．４０和３３７．３８F/g.对比发现,对原料脱灰,可从根本上降低活性炭灰分,改变活性炭孔径结构.无灰煤基活性炭比褐煤基活性炭更适用于双电层电容器的电极材料,其充放电性能二倍率特性均优于褐煤基活性炭. 关键词:褐煤基活性炭;无灰煤基活性炭;灰分;孔结构;电化学性能 中图分类号: TQ４２４文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１７．０１．０４４ ０ 引言 双电层电容器(electric double la y er ca p acitor, EDLC)是一种公认的二有效的电力储存设备,具有电容量大二充放电过程简单二循环寿命长等诸多优点[１-４],属于低碳经济的核心产品[５].目前对EDLC的研究重点是寻找价格低廉,性能优异的电极材料.活性炭(ACs)是现阶段工业化使用最多的电极材料[６-７].常用的活性炭原料有:果壳[８]二石油焦[９]二煤[１０]等.我国褐煤资源丰富,占全国煤炭储量的１６％,以褐煤为原料制备EDLC用活性炭电极材料,是褐煤资源化利用的重要途径之一. Graz y na等[１１]以灰分为９％的褐煤为原料,使用蒸汽活化法,制备了比表面积１１１０m２/g的未脱灰活性炭,此活性炭在６mol/L KO H电解液的EDLC中,其比电容仅为１３０F/g;Xin g等[１２]以灰分为３．７０％的印尼褐煤为原料,采用微波活化法制备活性炭,经HCl 酸洗除灰后,在以３mol/L KO H为电解液,５０mA/g 电流密度下的EDLC中比电容可达３７０F/g.Li 等[１３]用脱灰后的内蒙古褐煤为原料,使用ZnCl２活化法制得活性炭.此活性炭用HCl溶液酸洗除灰,在６mol/L KO H电解液,５００mA/g电流密度下,比电容为２０７．５F/g.对比发现,经脱灰处理后,活性炭的电化学性能有了明显的提高,并且对原料进行脱灰处理,电容器可在大电流密度下保持较高比电容. 对活性炭原料脱灰,可从根本上减少活性炭的灰分,降低活化剂的用量[１４-１５].无灰煤(HPC)制备工艺是对煤样进行脱灰最有效的方法,所得无灰煤具有无灰二无水二高挥发分二孔隙发达二固定碳含量高等[１６]优 点,为制备EDLC用活性炭提供了有利条件.Zhao 等[１７]以烟煤基无灰煤为原料,制备了无灰煤基活性 炭,但其比电容仅为４３．９F/g,且该小组仅考察了制备条件对无灰煤基活性炭性能的影响,并未考察原料煤基活性炭与无灰煤基活性炭之间的差异,也未明确灰分对活性炭结构及性能的影响.为研究脱灰对活性炭结构二电化学性能的影响,本文采用KOH活化法,分别以鄂尔多斯褐煤和由鄂尔多斯褐煤萃取所得的无灰煤为原料制备褐煤基活性炭和无灰煤基活性炭,分析脱灰对活性炭比表面积及孔结构的影响,并在３mol/L KO H电解质溶液中,研究脱灰对活性炭电化学性能的影响. １实验 １．１实验原料 实验采用鄂尔多斯褐煤和褐煤基无灰煤为原料,工业分析及元素分析结果见表１所示.活化剂:氢氧化钾(KO H),分析纯;粘结剂:６０％聚四氟乙烯(PT-FE);导电剂:乙炔黑. １．２活性炭的制备及双电层电容器的组装 将褐煤破碎二细磨过２００目标准筛,采用溶剂萃取法制备褐煤基无灰煤;采用KO H直接活化法制备活性炭. 将原料煤与KO H按质量比１?３的比例在适量蒸馏水中混合均匀,静置一段时间,放入真空管式炉 ４４２１ ０２０１７年第１期(４８)卷 ?基金项目:国家自然科学基金-煤炭联合基金重点资助项目(U１３６１２１２);国家自然科学基金资助项目(２１５０６０４７);河北省教育厅重点资助项目(ZD２０１４０１６);华北理工大学研究生创新资助项目(２０１５S０７) 收到初稿日期:２０１６-０６-１７收到修改稿日期:２０１６-１０-１２通讯作者:侯彩霞,E-mail:caixiasmile＠１６３．com 作者简介:樊丽华(１９７１－),女,河北宽城人,教授,硕士生导师,主要从事煤化工新技术及下游产品开发.