活性炭是一種良好的吸附劑,可以吸附各種有機物和無機物,被廣泛應用于制藥、化工、食品、加工、冶金工業、農業等各個領域。近年來,制備活性炭尋求廉價原料的探索受到重視。除塵灰是鋼鐵企業在生產過程排放的大量粉塵和副產品,量大且粒度細,主要成分是鐵和碳,還有少量的鈣、鎂、硅、鋁的氧化物。由于原料本身的限制,采用物理活化法制備的活性炭比表面積較低,而采用化學品KOH活化法制備時,雖然能得到較高性能的產品,但高溫條件下KOH的強烈腐蝕性、原材料的高價格、工藝的復雜性使得該工藝難以大規模生產。有研究表明在原料中加入ZnCl 2、KOH、H 3 PO 4及碳酸鹽等物質可促進炭化物成為各向同性、難石墨化、無定型碳結構為主的碳素前驅體,Wigmians等發現含K或Na的堿金屬化合物可以促進生成微孔發達的高比表面積活性炭。
用除塵灰分離碳粉作原料,造粒時加入少量KOH (<2wt%)作為添加劑,采用水蒸氣活化的方法制備顆粒活性炭,確定了添加劑的_佳加入量,并探討了添加劑在2實驗部分2.1原料實驗原料鐵廠窯尾除塵灰,除塵灰的成分見,除塵器灰中除了含有大量碳粉外還含有大量Fe的氧化物、SiO 2、Al 2 O 3、CaO、MgO等無機雜質,經磁選和化學法分離后得到灰分在8%左右的碳粉原料,其組成。造粒所用的粘結劑為煤焦油。
活性炭樣品的制備將原料碳粉、煤焦油、水三者之比為30:9:6的比例配料,分別另外加入0%、0.75%、1%、1.5%、2%的KOH (分析純),將混合物料裝入模具中,以30MPa的壓強壓制成直徑為3mm長5mm料條。將壓制好的顆粒于80℃干燥后,置于活化爐中,炭化到500℃并保溫30min,再升溫到850℃通入水蒸氣活化2h,然后在N 2保護氣氛中冷卻。
測試方法及分析儀器實驗制得活性炭的得率按照下式計算:活化得率(%)=活性炭的重量(g)/活化前混合料的重量(g)×_活性炭的比表面積測定采用Quantachrom公司生產的CHEMBET-3000化學吸附儀,利用低溫(77K) N 2吸附法測定活性炭的比表面積。
采用密閉吸附裝置用稱量法測定活性炭對苯的吸附量。采用日本D/MAX-B型X射線衍射儀,分析活性炭微晶結構。測定條件為Cu-Kα射線,掃描范圍2θ為10°8°對活性炭進行X射線衍射分析,以測定其微晶結構特征。采用JEOL JSM-6335F型場發射掃描電子顯微鏡觀察活性炭表面形貌。
按照GB7702.6-87測定活性炭的亞甲基藍吸附值,按GB7702.7-87測定活性炭的碘吸附值,按GB/T7702.15-1997測得活性炭的灰分。
結果與分析3.1 KOH添加量對活性炭性能的影響列出了制備的活性炭的性能參數。可以看到隨著KOH添加量的改變,活性炭比表面積、碘吸附值和亞甲基藍吸附值的變化規律,說明添加KOH后對制備的活性炭的孔結構產生影響,當添加量小于0.75%時,碘吸附值變化不大,比表面積只提高了5.6%,在加入量為0.75%1.5%時,碘吸附值和比表面積顯著提高,在添加量為1.5%時出現_大值。
如果再增加KOH的加入量,活性炭收率明顯降低,碘吸附值和比表面積也呈下降趨勢。亞甲基藍吸附值隨著KOH加入量的增加而增大。
一般來說,亞甲基藍吸附量在_程度上反映活性炭中孔或大孔的數量,而碘吸附量反映了活性炭微孔數量的多少。由可知,適量的添加劑可以促進活性炭中微孔的生成,當KOH加入量為1.5%時制得活性炭的孔集中在微孔范圍,從而使碘吸附值和比表面積達到_大值。而隨著KOH加入量的增大,當加入量為2%時,活性炭中孔結構可能集中在大孔范圍,從而使活性炭對碘吸附值降低,而對亞甲基藍的吸附量有所增加。
在KOH加入量為0.75%1.5%時,活性炭的得率在18%左右;再增大添加劑含量,活性炭得率明顯降低,灰分在此也出現了較大變化。
利用除塵灰分離碳粉制備活性炭的過程中,在原料中加入少量KOH作為添加劑,對活性炭的微晶結構,孔隙結構、表面形貌產生影響,在KOH加入量為1.5%時制備的活性炭孔隙分布均勻,有較高的吸附能力。KOH作為添加劑在活性炭制備過程中影響炭化和活化過程:1在炭化過程,促進生成取向性差難石墨化的炭素前驅體,使制得的活性炭亂層程度增加,為活化過程打下良好基礎。