煤基炭分子篩制備及其吸附性能研究.pdf

1、炭分子篩(CMS)具有豐富的微孔孔容、均一化的孔隙結(jié)構(gòu)及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可用于氣體的分離與提純、除雜凈化、催化劑及催化載體等方面，在工業(yè)水處理、石油化學(xué)工業(yè)及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。煤作為固定碳含量較高且富含有機(jī)質(zhì)的碳源，在CMS的制備和應(yīng)用方面的研究開(kāi)始已久，但一直受制于產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。因此，研發(fā)高品質(zhì)煤基炭分子篩產(chǎn)品是解決我國(guó)炭分子篩行業(yè)現(xiàn)存問(wèn)題的當(dāng)務(wù)之急。
　　 本文選用變質(zhì)程度較高的無(wú)煙煤和煙煤為炭質(zhì)原料制備

2、煤基炭分子篩。分別對(duì)無(wú)煙煤和煙煤進(jìn)行了原料分析，并且重點(diǎn)研究了無(wú)煙煤的熱解反應(yīng)過(guò)程，得到了制備CMS的熱處理溫度范圍。以此為基礎(chǔ)，通過(guò)研究煤原料在炭化、活化過(guò)程中的部分工藝參數(shù)，探討了煤原料的粒度、是否活化處理、活化溫度等變量以及活化劑類(lèi)別、煤種類(lèi)對(duì)CMS結(jié)構(gòu)和吸附性能的影響;同時(shí)也制備了無(wú)煙煤的成型炭分子篩，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和吸附性能進(jìn)行了表征。主要的研究成果如下:
　　 (1)無(wú)煙煤的灰分和揮發(fā)分含量較低，固定碳含量較高，適宜于制

3、備煤基炭分子篩。無(wú)煙煤的熱解反應(yīng)主要發(fā)生在500～1000℃，在650℃和800℃附近有兩個(gè)比較集中的氣體釋放溫度范圍。煙煤雖然其灰分含量較大，固定碳含量相對(duì)較低，但其揮發(fā)分含量高，適合于制備煤基炭分子篩。煙煤的熱解反應(yīng)主要發(fā)生在500～900℃，在500℃和750℃附近有兩個(gè)比較集中的氣體釋放溫度范圍。煤的炭化分兩個(gè)階段即初始炭化溫度為600℃、炭化終溫為800℃時(shí)，保溫較長(zhǎng)的時(shí)間可使煤原料中的揮發(fā)分盡量逸出，有利于造孔及后續(xù)的活化。

4、
　　 (2)煤在熱解過(guò)程中釋放的主要?dú)怏w有H2、CH4、 CO2和SO2，來(lái)源主要是煤中脂肪烴或芳香烴上的-CH3、-CH2、-CH、C＝C等有機(jī)基團(tuán)的受熱分解。
　　 (3)煤粉的粒度越小，制備CMS時(shí)的燒失量越高，所制CMS對(duì)甲基橙的吸附性能越好?；罨瘻囟葘?duì)原煤的燒失量、CMS的孔隙率及吸附性能都有重要影響。采用CO2進(jìn)行物理活化時(shí)，隨著活化溫度的升高，燒失量逐漸增大，所得CMS樣品對(duì)MO的吸附性能逐漸變好。以煙煤

5、為原料制備CMS時(shí)，燒失量和所制CMS對(duì)MO的吸附率均高于以無(wú)煙煤為原料時(shí)。
　　 (4)以無(wú)煙煤為主要炭質(zhì)原料，丙烯酰胺為粘結(jié)劑，CO2為活化劑制備出成型炭分子篩，其比表面積達(dá)到了195.92 m2/g，其中微孔表面積占總比表面積的87.5％，微孔孔容占總孔容的85.2％，顯示CMS的孔以微孔為主。
　　 (5)以無(wú)煙煤為碳源、KOH為化學(xué)活化劑且質(zhì)量比為1∶1時(shí)，所制CMS孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，對(duì)MO的吸附性能較好。隨著活化溫