用于CO2捕獲的樹脂基球狀活性炭的制備研究.pdf

1、全球氣候變暖已成為國(guó)際關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，二氧化碳因具有溫室效應(yīng)被普遍認(rèn)為是導(dǎo)致全球氣候變暖的重要原因之一。因此，開發(fā)吸附分離二氧化碳的技術(shù)以及選擇性能良好的吸附材料成為當(dāng)前研究的重要議題。球狀活性炭作為一種新型高性能活性炭不僅滿足了大型流化床脫除二氧化碳的要求，而且球狀活性炭作為高科技、高附加值產(chǎn)品，因其脫附溫度低、吸附容量大、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異的吸附性能和優(yōu)良的物理機(jī)械性能受到人們的廣泛關(guān)注。
　　 本文采用市售普通大孔離子吸附樹

2、脂為原料，分別通過(guò)預(yù)氧化法和溶脹磺化法處理后，再通過(guò)炭化、水蒸氣活化制備得到球狀活性炭，通過(guò)熱重、掃描電鏡及孔結(jié)構(gòu)分析等對(duì)樣品進(jìn)行表征，考察制備工藝對(duì)球狀活性炭性能的影響，并將兩種不同方法（氧化法及溶脹磺化法）制備的球狀活性炭對(duì)CO2的吸附性能進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較。為制備在高溫下對(duì)二氧化碳具有高吸附性能的球狀活性炭，本文最后選用了四種體內(nèi)含有堿性官能基的樹脂球制備球狀活性炭，并與普通樹脂球制備的球狀活性炭進(jìn)行比較。
　　 樹脂球先通過(guò)

3、空氣預(yù)氧化，然后經(jīng)過(guò)炭化、水蒸氣活化可制得球狀活性炭。樹脂球經(jīng)氧化處理后其炭收率要高于原樹脂球的炭收率;在本實(shí)驗(yàn)條件下，最佳氧化條件是氧化升溫速率0.25℃/min，氧化溫度280℃，氧化恒溫時(shí)間1h，此時(shí)得到的氧化球CCl4吸附值可達(dá)770mg/g;在后期活化階段，隨著活化溫度和活化時(shí)間的延長(zhǎng)，球狀活性炭的CCl4吸附值隨之增大，當(dāng)活化溫度和活化時(shí)間分別為850℃和4h時(shí)，球狀活性炭的CCl4吸附值最高，為1550mg/g。其CO2吸

4、附值30℃時(shí)是0.78mmol/g，溫度為75℃時(shí)降為0.05mmol/g。
　　 樹脂球通過(guò)溶脹、磺化處理后再進(jìn)行炭化活化，可制備得到球狀活性炭，并得出如下結(jié)論:(1)溶脹處理過(guò)的磺化炭化球比未經(jīng)溶脹處理的磺化炭化球粒徑大，且經(jīng)過(guò)溶脹處理的磺化炭化球開裂、掉屑少，最終得到的炭化球球形完整.(2)磺化可以顯著提高樹脂球的炭化收率。(3)活化過(guò)程中，單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，球狀活性炭的活化收率隨著活化溫度、活化時(shí)間、水蒸氣流量的增加逐

5、漸降低，CCl4吸附值呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。通過(guò)正交試驗(yàn)分析知，當(dāng)活化溫度為830℃，活化時(shí)間為3h，水蒸氣流量控制在0.5ml/min時(shí)，此時(shí)球狀活性炭的CCl4吸附值可達(dá)2000mg/g。且工藝重現(xiàn)性較好。(4)在同一吸附溫度下，采用溶脹磺化法制備的球狀活性炭其CO2吸附性能要優(yōu)于氧化法制備的球狀活性炭。
　　 最后本文選用四種堿性樹脂球通過(guò)溶脹磺化法制備球狀活性炭，并與由普通樹脂球制備的球狀活性炭進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，采用四種

6、體內(nèi)含有堿性功能基的樹脂球制備的樹脂基球狀活性炭對(duì)CO2的吸附性能要優(yōu)于普通樹脂球制備的球狀活性炭;強(qiáng)堿性樹脂球在CO2吸附方面比弱堿性樹脂球更具優(yōu)勢(shì);其中本身含強(qiáng)堿性功能基-N+(CH3)3的D201樹脂炭球在30℃條件下對(duì)CO2吸附量可達(dá)2.57mmol/g。隨著溫度升高，由普通樹脂球制備的樹脂球狀活性炭其CO2吸附量下降趨勢(shì)要比四種堿性樹脂制備的球狀活性炭要快，且弱堿性樣品的CO2吸附量下降趨勢(shì)要比強(qiáng)堿性樣品下降趨勢(shì)快;堿性樹脂球