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煤种对蜂窝活性炭机械强度和孔隙结构的影响

发布时间:2019-09-28点击:

蜂窝活性炭在气体分离和净化、溶剂回收、废水处理等应用领域,机械强度和孔隙结构可体现出蜂窝活性炭的吸附能力和使用寿命。吸附饱和的蜂窝活性炭需要定期清理和再生,高机械强度的蜂窝活性炭,可以避免运输及再生过程中的损失,延长其使用寿命。

煤种对蜂窝活性炭机械强度和孔隙结构的影响

煤种对蜂窝活性炭机械强度的影响

以大同煤和神木煤为例:

大同煤制蜂窝活性炭不仅比表面积高,而且制得的蜂窝活性炭的机械强度也高,这主要是由于大同煤是弱粘结性烟煤,含有较高的惰质组分,低的镜质组分,炭化后形成致密结构,而且在活化过程以形成微孔为主,因此其机械强度高。而神木煤属于不粘结性烟煤,镜质组分高,炭化后形成结构疏松的蜂窝炭化料。

由此推断,不同的煤种在炭化和活化过程中形成的中孔和大孔,是造成煤制蜂窝活性炭机械强度下降的主要原因。因此,在以煤为原料通过挤出成型、炭化和活化工序制备蜂窝活性炭的工艺中,煤种显然会影响蜂窝活性炭的机械强度和孔隙结构的。以大同烟煤为原料,可以获得比表面积高达884m2/g,抗压强度14.7MPa的蜂窝活性炭,以神木煤为原料,则可得到中孔和大孔发达的蜂窝活性炭,但机械强度相对较低。

煤种对蜂窝活性炭机械强度和孔隙结构的影响

煤种对蜂窝活性炭孔隙结构影响

在不同烧失量下,大同煤与神木煤制蜂窝炭化料以及活性炭的氮吸附等温线,按照国际纯化学和应用化学学会(IUPAC)的分类法。

大同煤制蜂窝活性炭样品的吸附等温线表现为微孔材料的特性,属于I型等温线,说明这些蜂窝活性炭的孔隙结构以微孔为主。大同煤制蜂窝炭化料表现为无孔材料的特征,随着活化程度的增加,对氮气的吸附能力相应增加,当活化烧失量大于28%后,吸附等温线在相对压力小于0.1,等温线弯曲处的弧度变大,表明微孔的分布逐渐变宽,部分小直径微孔转变为大直径微孔。此外,在相对压力大于0.9以后,这些吸附等温线出现上升趋势,表明中孔和大孔数量也随之增大。

神木煤制蜂窝活性炭的吸附等温线呈现IV型等温线,与大同煤制蜂窝活性炭相比,在相对压力大于0.9以后,由毛细凝结引起的吸附量急剧增加,吸附量未呈现出吸附饱和现象,表明神木煤制蜂窝活性炭内有大量中孔和大孔。

由吸附等温线计算出的蜂窝活性炭比表面积和总孔容,随着活化时间的增加,两种煤制蜂窝活性炭的总孔容和比表面积均不同增加。说明水蒸气与碳的活化反应,一方面使炭化过程闭塞的孔开放,另一方面也生成新的孔隙,大同煤制蜂窝活性炭高于神木煤。

煤种对蜂窝活性炭机械强度和孔隙结构的影响

由此可见,煤种的不同对蜂窝活性炭机械强度和孔隙结构的影响也不同。