微波輻照下炭基材料升溫規(guī)律研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，碳納米管、碳纖維等新型碳材料在眾多研究領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。含碳材料以其密度小、穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨擦、抗輻射、減震等特性，近些年被用作催化劑本身或催化劑載體，在各類反應(yīng)中顯示出良好的催化活性和經(jīng)濟(jì)性。其中活性炭因其良好的表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與穩(wěn)定性，成為應(yīng)用廣泛的炭基催化劑之一。
　　微波加熱技術(shù)作為一種新型的熱處理技術(shù)，具有高效性、整體性、選擇性、環(huán)保性等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于活性炭的制備、活化和再生試驗(yàn)中。基于

2、上述分析，本文在微波輻照條件下，對(duì)自主制備的活性炭進(jìn)行升溫研究，從實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩個(gè)角度去考查不同微波功率、活性炭粒徑及載氣流量工況下的活性炭升溫特性。
　　首先，本文通過(guò)原料的微波炭化制備了木質(zhì)和煤質(zhì)兩種活性炭，并對(duì)其進(jìn)行吸附能力檢測(cè)。結(jié)果表明，木質(zhì)活性炭的碘吸附值為1473.1mg/g，煤質(zhì)活性炭的碘吸附值為1062.5mg/g。可見木質(zhì)活性炭的吸附能力大于煤質(zhì)活性炭吸附能力，這可能與木質(zhì)活性炭的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)更為豐富，比表

3、面積更大有關(guān)。
　　其次，通過(guò)改變微波功率、活性炭粒徑和載氣流量等工況對(duì)所制取的木質(zhì)活性炭和煤質(zhì)活性炭進(jìn)行微波輻照下升溫特性的實(shí)驗(yàn)研究。
　　(1)微波功率對(duì)活性炭升溫特性的影響:在微波功率逐漸增大的過(guò)程中，兩種活性炭的升溫速率均不斷加快，且最高溫度也隨之提高。木質(zhì)活性炭的最高溫度增幅達(dá)93℃以上，明顯大于煤質(zhì)活性炭，可見木質(zhì)活性炭的升溫效果較好。
　　(2)活性炭粒徑對(duì)活性炭升溫特性的影響:選取的木質(zhì)活性炭實(shí)驗(yàn)樣品在

4、以較快速率升溫一段時(shí)間后，升溫速率開始呈下降趨勢(shì)，后又繼續(xù)上升，最終達(dá)到最高溫度。增加活性炭的粒徑，其所能達(dá)到的最高溫度反而下降，最大溫差可達(dá)88℃，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，選取最佳粒徑范圍為1＜d≤2mm。
　　(3)載氣流量對(duì)活性炭升溫特性的影響:選取的木質(zhì)活性炭實(shí)驗(yàn)樣品在8～9min左右達(dá)到高溫平臺(tái);隨著載氣流量的增大，木質(zhì)活性炭所能達(dá)到的最高溫度相對(duì)降低，最大溫差為130℃?？紤]實(shí)驗(yàn)?zāi)芎那闆r，在保證整個(gè)加熱系統(tǒng)一直處于惰性氛圍的

5、前提下，應(yīng)盡量減小氮?dú)獾妮d氣流量。
　　再次，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析模擬。通過(guò)正交分析得到各因素對(duì)木質(zhì)活性炭最高溫度的影響程度依次為:微波功率＞活性炭粒徑＞載氣流量，獲取最高活性炭溫度的最佳試驗(yàn)工況為微波功率P=400W、活性炭粒徑1＜d≤2mm、載氣流量Q=60L/h;通過(guò)Design-Expert試驗(yàn)分析，得到微波功率對(duì)活性炭的升溫速率及最高溫度成正向比關(guān)系，而活性炭粒徑及載氣流量與活性炭升溫速率及最高溫度成負(fù)向比關(guān)系，活性炭粒徑

6、及載氣流量與微波功率均存在一定的交互作用，反向制約了微波對(duì)活性炭顆粒的升溫，并通過(guò)多項(xiàng)式回歸分析對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證;用FLUENT軟件對(duì)微波加熱活性炭溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明，微波功率越大，活性炭所能達(dá)到的最高溫度也就越高，即微波加熱活性炭所能達(dá)到的最高溫度值與微波功率成正比關(guān)系。另外，微波加熱功率與活性炭中心及邊緣的溫度差成正比，即微波功率越大，活性炭試樣內(nèi)外溫差越大，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論基本吻合。
　　本文通過(guò)考查微波輻照下各試