球形瀝青活性炭的制備及吸附性能研究.pdf

1、球形瀝青活性炭(SPAC)是瀝青的高附加值產(chǎn)品之一，其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，球形結(jié)構(gòu)規(guī)整，裝填密度均勻，吸附效果較好，機(jī)械強(qiáng)度較高，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、軍事防護(hù)和環(huán)境凈化等領(lǐng)域。SPAC的制備步驟主要包括瀝青的球化、瀝青球的不熔化和不熔化瀝青球的炭化和活化。不熔化的過程主要通過預(yù)氧化實(shí)現(xiàn)，該過程極為耗時耗能，成為制約SPAC工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的一個瓶頸。由于可借鑒的資料少，且大部分為技術(shù)保密的專利，國內(nèi)企業(yè)很難獲得相關(guān)技術(shù)信息，SPAC的工業(yè)生產(chǎn)

2、幾乎空白。探索新的SPAC制備工藝，調(diào)控SPAC的微觀孔結(jié)構(gòu)，分析其吸附性能與孔徑結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，對于實(shí)現(xiàn)高性能SPAC的制備具有重要實(shí)際意義。
　　本文以軟化點(diǎn)280℃的瀝青為原料，采用懸浮法制備瀝青球（20～36目），并對其進(jìn)行預(yù)氧化、炭化和活化處理，制備出不同孔結(jié)構(gòu)的SPAC;利用偏光顯微鏡考察瀝青球球形度，掃描電子顯微鏡(SEM)觀察瀝青球表面形貌，氮?dú)馕?脫附技術(shù)表征SPAC的孔結(jié)構(gòu)，吸附動力學(xué)和吸附等溫線評價SPAC

3、的吸附性能;研究SPAC對染料甲基橙和生理小分子肌酐的吸附性能。
　　懸浮法制備瀝青球的研究表明:粘度調(diào)整劑的用量影響調(diào)制瀝青顆粒的成球溫度，成球溫度和攪拌速度影響瀝青球的球形度，預(yù)氧化的升溫速率影響瀝青球的表面形貌。粘度調(diào)整劑的質(zhì)量百分比由40％增加到50％時，成球溫度由90℃降低到75℃。含45％的粘度調(diào)整劑的調(diào)制瀝青顆粒在懸浮法制備瀝青球時，隨著成球溫度升高，瀝青球的球形度亦逐漸提高，但是當(dāng)成球溫度過高時，球形度反而下降，最

4、佳成球溫度確定為80℃。含45％的粘度調(diào)整劑的調(diào)制瀝青顆粒在懸浮法制備瀝青球時，較低的攪拌速度不利于調(diào)制瀝青顆粒的分散，球形度較差，隨著攪拌速度提高，球形度逐漸提高，當(dāng)攪拌速度為600 rpm/min時，瀝青球的球形結(jié)構(gòu)規(guī)整。預(yù)氧化升溫速率影響預(yù)氧化瀝青球的表面形貌，預(yù)氧化升溫速率較低時，預(yù)氧化瀝青球表面光滑，隨著預(yù)氧化升溫速率提高，預(yù)氧化瀝青球表面逐漸產(chǎn)生裂紋，因此預(yù)氧化過程需要采取較低的升溫速率0.5℃/min。
　　以預(yù)氧化

5、的瀝青球?yàn)樵?，以CO2為活化劑，采用一步炭化活化法制備SPAC，并通過調(diào)整活化溫度、活化時間實(shí)現(xiàn)對SPAC孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控。研究表明:當(dāng)活化時間為2.0h時，隨著活化溫度升高，SPAC的得率逐漸降低，比表面積、介孔率、總孔容積和平均孔徑均逐漸增大，對甲基橙和肌酐的吸附容量逐漸提高;但是當(dāng)活化溫度升高到950℃時，SPAC的比表面積和總孔容積反而下降，對甲基橙和肌酐的吸附容量也降低，因此900℃的活化溫度較為理想;當(dāng)活化溫度為900℃時，隨

6、著活化時間延長，SPAC的得率逐漸降低，比表面積、介孔率、總孔容積和平均孔徑均逐漸增大，對甲基橙和肌酐的吸附容量也逐漸增大，當(dāng)活化時間延長到4.0h時，孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和吸附性能均呈下降趨勢。活化溫度為900℃，活化時間為3.0h時，制備的SPAC的得率為28.02％，比表面積816.92m2/g，微孔率為50.77％，總孔容積0.55cm3/g，對甲基橙和肌酐的吸附容量分別為188.87mg/g和99.34mg/g。
　　以預(yù)氧化的瀝

7、青球?yàn)樵?，KOH為活化劑，浸漬法制備SPAC，并通過調(diào)整KOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和浸漬時間對SPAC的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。研究表明，當(dāng)浸漬時間為1.5h時，隨著KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，SPAC的得率逐漸降低，孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和吸附性能均逐漸上升，KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％較為理想;當(dāng)KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％時，隨著浸漬時間延長，SPAC的得率逐漸降低，比表面積、總孔容積和平均孔徑均逐漸增大，對甲基橙和肌酐的吸附容量逐漸提高;但是當(dāng)浸漬時間延長到3.0 h

8、時，SPAC的總孔容積、平均孔徑以及對甲基橙和肌酐的吸附容量反而降低。KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％，浸漬時間為3.0h時，制備的SPAC的得率為10.76％，比表面積1074.64m2/g，微孔率為86.25％，總孔容積為0.54cm3/g，對甲基橙和肌酐的吸附容量分別為139.92mg/g和158.26mg/g。
　　以CO2活化球形瀝青活性炭為吸附劑，染料甲基橙和生理小分子肌酐為吸附質(zhì)，進(jìn)行吸附性能研究。研究表明:SPAC的比表面積