废轮胎热解炭的分析及其活化特性的研究

用常规分析方法分析了废轮胎热解炭的成分和性质，用X射线能谱分析法、压汞法、N2吸附法等测定了热解炭的孔隙结构特性，并用CO2、含2％氧气的氮气流和水蒸气等活化气体对热解炭进行活化方面的研究。结果表明，热解炭灰分和硫含量比较高；两种不同粒径热解炭的比孔容积均在r≈25 nm处有最大值；在相同活化时间和活化剂流速下，温度越高，活化炭烧失率越大，比表面积也越大；在一定温度和活化剂流速下，烧失率和比表面积随着活化时间的增加而增大；对所有试验工况，烧失率越大，活化炭比表面积也越大。总体上水蒸气活化炭与CO2的活化效果较好，而含2％O2的氮气流活化的效果则次之。活化炭与商业活性炭的比较显示，前者具有较发达的孔隙结构，在进行大分子物质吸附时，具有替代商业活性炭的潜力。     

炭分子筛的制备及表面结构

以大庆石油焦为原料，采用KOH活化法，考察了碱炭比、活化温度、活化时间对吸附性能的影响，确定最佳工艺条件，碱炭比4∶1、活化温度800 ℃、活化时间2 h。并制得比表面积大于3 000 m2/g的超级活性炭。通过热处理得到孔径均一(中孔率＞85%)，比表面积大于1 500 m2/g的炭分子筛；再用表面氧化方法，得到表面酸度适宜（150 ℃～240 ℃之间为弱酸，240 ℃～340 ℃为中强酸，340 ℃～450 ℃为强酸分布）的催化剂载体。炭分子筛与传统氧化铝比较具有酸度分布广泛等特点,因较好的酸强度分布，可以增强载体与金属离子之间的作用力，增加负载量。因此，经氧化后的炭分子筛更适于作催化剂载体。     

KOH活化木屑生物炭制备活性炭及其表征

以木屑热裂解的生物质炭为原料,氢氧化钾为活化剂,采用化学活化法制备活性炭,探讨了碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭吸附亚甲基蓝吸附值的影响。 利用N2吸附实验、XRD和FTIR等实验技术,对原料与制备活性炭的结构与性能进行了表征。 结果表明,在碱炭质量比为1.5、活化温度750 ℃、活化时间2 h的条件下,所制备的活性炭对亚甲基蓝吸附值为255 mg/g,BET总比表面积为1514 m2/g,中孔比表面积为110 m2/g,吸附总孔容为0.821 cm3/g,中孔孔容为0.117 cm3/g,吸附平均孔径为2.170 nm。     

高温下热解温度对煤焦孔隙结构的影响

利用高温沉降炉在1500K～1800K制备京西无烟煤煤焦，使用化学吸附法测定不同热解温度下煤焦比表面积及孔容积与孔径的分布特征，并采用SEM观察煤焦颗粒表面的形态，分析了高温下热解温度对煤焦孔隙结构的影响规律。结果表明，煤焦的比表面积主要由孔径小于10nm的微孔和中孔构成，而其孔容积则主要由孔径为2nm~50nm的中孔构成。高温下煤焦比表面积和孔容积随热解温度的升高，呈现先增大后减小的非单调变化现象，转折温度约为1600K。出现这种变化的主要原因是煤焦在热解温度超过1600K后开始烧结，产生较为光滑致密的表面结构，部分孔隙封闭。     

RDF热解前后表面结构变化的研究

对城市生活垃圾衍生燃料(RDF)及其在不同温度及时间下快速热解生成半焦的比表面积和孔容积的变化进行了分析研究。实验结果发现RDF热解时比表面积及孔容积先随热解温度升高而降低,然后随反应程度的加深而增大,在约550℃时出现极大值,而后由于产生结焦等原因再次降低。研究表明RDF热解半焦孔结构与煤焦孔结构变化有一定的相似性。此外对RDF及半焦孔结构分布的分形特征进行了初步分析。     

酚醛树脂基球形微-介双阶多孔炭的软模板法制备

将苯酚和甲醛在碱性条件下聚合,然后在酸性条件下与软模板剂F127自组装形成中间相,经高温煅烧合成球形微-介双阶多孔炭。 通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附和热重分析技术对样品进行了形貌观察和性能测试。 结果表明,pH值、软模板剂用量和活化温度对样品形貌有调控作用。 当软模板剂F127的质量分数为20%、pH值为0.5和活化温度为700 ℃时,可制备出直径为100～200 nm的球形炭,球形粒子分散均匀,排列规整,呈明显蠕虫状排列的孔隙结构,比表面积为503 m2/g,孔容积0.416 cm3/g,介孔孔径集中分布在2.9 nm,微孔主要分布在1.3 nm。 随着活化温度升高,炭球的比表面积和孔容积增大,平均孔径减小。 F127的热解形成介孔结构,碳前驱体高温下的径向收缩形成微孔结构。     

石油焦系活性炭的吸附脱硫

选取独山子石油焦为原料，以物理活化法制得比表面积达500m2/g～900m2/g的活性炭，进行吸附脱硫研究。采用酸氧化法对活性炭孔结构和微观孔径分布进行改性。酸氧化使活性炭表面酸性官能团含量明显增加，增加量约为原来的5倍。活性炭吸附脱硫性能随表面酸性官能团含量的增加而增大。理想的酸化条件是浓硝酸120℃氧化40min。通过静态吸附实验，活性炭吸附脱硫的最佳条件是，温度25℃，压力1.0MPa，静态吸附6h。最佳条件下吸附脱硫可使模型化合物硫的质量分数从137.9×10－6降至3.1×10－6。从活性炭孔径匹配考察可知，平均孔直径在0.8nm～2.1nm的活性炭对模型化合物硫的质量分数降低具有明显效果。     

废轮胎回转窑中试热解炭表面组分XPS分析

以X射线光电子能谱（XPS）对废轮胎回转窑中试热解炭表面组分进行实验分析,研究热解炭本体与表面的异同,热解温度、热解炭粒径的影响。与商用炭黒比较,废轮胎热解炭本体中含有更多的Zn、Si、S、Mg等杂质元素,各组分与热解温度没有大的相关性;热解炭表面在热解过程中形成了一吸附沉积层,表面层中杂元素的质量分数极低;低于500℃时,热解不完全,吸附沉积物较少。热解炭按粒径存在一定分布,粒度<0.074 mm的粉末状热解炭来自表面磨损脱落的粉末,各种杂元素的质量分数很低;Zn元素的相对质量分数随热解炭粒径的减小而减少。对热解炭进行深度剖析发现,吸附层是极薄的,表面层对本体的影响是极小的;定量分析结果表明,以C质量分数为100,则O为4～6,S、N约为1,Zn小于0.6,而商用炭黑中S约为0.3,不含N、Zn。     

双电层电容器用新型无灰煤(HyperCoal)基活性炭的制备

以无灰煤(HyperCoal)为原料,KOH和CaCO3为活化剂制备了煤基活性炭,采用低温N2吸附法表征了活性炭的比表面积和孔结构,测定了活性炭用作双电层电容器(EDLC)电极材料的电化学性能。考察了炭化温度、活化温度、活化时间和活化剂对活性炭电容特性的影响。研究结果表明,比表面积和比电容随着炭化温度的升高而降低,活化温度过高或活化时间太长对比电容有不利影响。此外,CaCO3影响活化过程中孔的开发,显著降低所制备活性炭的比表面积和比电容。在炭化温度为500℃、活化温度为800℃、KOH与焦的质量比为4∶1和活化时间2 h下所得活性炭的比表面积和总孔容分别达到2 540 m2/g和1.65 cm3/g,该活性炭电极在0.5 mol/L TEABF4/PC电解液中的比电容达到最大值46.0 F/g。     

KOH活化糠醛渣制备活性炭机理与表征

以糠醛渣为原料、KOH为活化剂,采用两步活化法制备了活性炭。考察了活化温度、活化时间、碱炭比和浸渍时间对活性炭孔结构及吸附性能的影响。采用低温N2吸附、BET、BJH及DFT理论对活性炭孔结构进行了表征分析,利用傅里叶变换红外-拉曼光谱仪检测其表面官能团,分别使用扫描电镜和X射线衍射对其进行表观形貌观察和晶型分析。结果表明,制备活性炭的最佳工艺条件为:活化温度800℃、活化时间3h、碱炭比3∶1、浸渍时间12h。所制备的糠醛渣活性炭的吸附孔径分布集中,吸附孔容为0.8825cm2/g,DFT总比表面积为3290.5m2/g,其碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为2107.32mg/g和39.67mL/0.1g。     

石油焦活化机理的研究

研究了石油焦在高温、碱性条件下的活化机理。扫描电镜和低温N2吸附法测定孔结构结果表明，石油焦在750 ℃～800 ℃下活化得到的产品，比表面达2 900 m2/g，微孔率到90%，吸附甲烷的体积比为115∶1，是较理想的活化反应温度范围。气相色谱分析结果证明，在活化过程中产生的气体为H2，CO2，CO，CH4。X射线衍射结果表明，吸附剂产物属于部分石墨化的无定形体。     

在Ar气流中热处理KOH-煤焦制大比表面积活性炭

本文将煤焦与ＫＯＨ混合，在Ａｒ气流中进行低温、高温二次热处理，制得了比表面积为２９１８ｍ２／ｇ的活性炭。考查了操作条件对产品性能的影响，同时用Ｘ射线衍射分析研究了煤焦制活性炭过程中的结构变化特征     

A New Approach for Controlling Mesoporosity in Activated Carbon by the Consecutive Process of Air Oxidation,Thermal Destruction of Surface Functional Groups,and Carbon Activation (the OTA Method)

A new and simple method, based entirely on a physical approach, was proposed to produce activated carbon from longan fruit seed with controlled mesoporosity. This method, referred to as the OTA, consisted of three consecutive steps of (1) air oxidation of initial microporous activated carbon of about 30% char burn-off to introduce oxygen surface functional groups, (2) the thermal destruction of the functional groups by heating the oxidized carbon in a nitrogen atmosphere at a high temperature to increase the surface reactivity due to increased surface defects by bond disruption, and (3) the final reactivation of the resulting carbon in carbon dioxide. The formation of mesopores was achieved through the enlargement of the original micropores after heat treatment via the CO₂ gasification, and at the same time new micropores were also produced, resulting in a larger increase in the percentage of mesopore volume and the total specific surface area, in comparison with the production of activated carbon by the conventional two-step activation method using the same activation time and temperature. For the activation temperatures of 850 and 900 °C and the activation time of up to 240 min, it was found that the porous properties of activated carbon increased with the increase in activation time and temperature for both preparation methods. A maximum volume of mesopores of 0.474 cm³/g, which accounts for 44.1% of the total pore volume, and a maximum BET surface area of 1773 m²/g was achieved using three cycles of the OTA method at the activation temperature of 850 °C and 60 min activation time for each preparation cycle. The two-step activation method yielded activated carbon with a maximum mesopore volume of 0.270 cm³/g (33.0% of total pore volume) and surface area of 1499 m²/g when the activation temperature of 900 °C and a comparable activation time of 240 min were employed. Production of activated carbon by the OTA method is superior to the two-step activation method for better and more precise control of mesopore development.     

废轮胎回转窑中试热解油的理化性质

研究了回转窑中试反应器中废轮胎热解所得液体产物油的品质。热解反应在中温段(450℃～650℃)进行，油产率在500℃有最大值45.1%，此后随温度升高而呈下降趋势。对热解油的品质进行了考察，获取了热解油的完整实沸点蒸馏曲线。结果表明，热解油品质较轻，200℃以下轻馏分总量高达33%～40%，而且热解温度的升高也有助于增加轻馏分含量。对各馏分进一步的FT-IR分析显示，较高热解温度下热解油具有较强的芳香性，并可从谱图中识别出苯、萘及其烷基衍生物等芳香类物质。600 ℃和500 ℃热解油低馏分FT-IR分析结果体现了热解芳烃类物质生成的Diels-Alder反应途径。     

炭化温度对模板法合成介孔炭性能的影响

以蔗糖为炭源和硅酸钠为硅源,采用原位共聚法制备了炭/氧化硅复合体,除去氧化硅得到介孔炭材料.采用N2吸附-脱附、透射电子显微镜和红外光谱对不同炭化温度获得的样品进行表征.结果表明,随着炭化温度升高,所得的介孔炭比表面积和孔容均下降,650℃ ～ 950℃的炭化温度下获得的样品BET比表面积在586m2/g ～728 m2/g之间,孔容在0.549cm3/g～0.696cm3/g之间,孔径分布5-15nm之间.经红外光谱检测所得的介孔炭样品均含有氢和氧的功能团.     

助熔剂对煤焦高温气化反应性的影响

研究了平顶山十二矿高灰熔点煤灰分别添加助熔剂(氧化钙和三氧化二铁)后灰熔点的变化规律，并考察了1 300 ℃～1 550 ℃范围内适宜助熔剂添加量下煤焦的气化反应性变化规律。实验表明：以灰的流动温度（t3）为选择依据，十二矿煤助熔剂氧化钙、三氧化二铁的适宜添加量相应为：3%～7%和5%～10%；助熔剂添加量对煤焦气化反应性的影响与气化温度密切相关。较低气化温度时，煤焦的气化反应性随添加量的增加而提高，但随温度的提高，助熔剂添加量对煤焦反应性的影响逐渐减弱，温度升至1 550 ℃时，助熔剂的影响几乎消失。助熔剂在高温下的熔融、团聚导致其在煤焦中分散性的改变，从而使助熔剂在较低温度下具有的催化作用很快消失，这可能是高气化温度下煤焦气化反应性不受助熔剂影响的最重要原因之一。