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蜂窩活性炭黏結(jié)劑的選擇

2023年09月09日 11:32:25      來源:鞏義市亞康凈水材料有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái)      閱讀量:40

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在蜂窩活性炭的制備中,黏結(jié)劑的選擇非常重要,它能直接影響蜂窩活性炭的性能,尤其是表面積和機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)黏結(jié)劑的種類不同,可分為有機(jī)黏結(jié)劑和無機(jī)黏結(jié)劑兩種。

(一)有機(jī)黏結(jié)劑

由于有機(jī)黏結(jié)劑與碳材料具有同源性,二者具有較好的親和性,因此對(duì)有機(jī)黏結(jié)劑的研究較多。和無機(jī)黏結(jié)劑相比,有機(jī)黏結(jié)劑經(jīng)二次炭化和活化,能將含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為活性炭的一部分,在一定程度上其炭化物能形成成型體的一部分孔隙結(jié)構(gòu)。因此,利用有機(jī)黏結(jié)劑制得的蜂窩體的比表面積損失相對(duì)較小。根據(jù)所需產(chǎn)品的后處理工序不同,有機(jī)黏結(jié)劑又可分為高溫有機(jī)黏結(jié)劑和低溫有機(jī)黏結(jié)劑。

利用高溫有機(jī)黏結(jié)劑,如煤焦油、酚醛樹脂等進(jìn)行成型時(shí),成型體需經(jīng)過800℃左右的高溫重新炭化和活化處理,并且所制備的蜂窩體的比表面積和機(jī)械強(qiáng)度在不同的處理溫度下差異性較大。

利用糠醛渣碳粉為原料,以酚醛樹脂、羧甲基纖維素和黏土為黏結(jié)劑,制備出蜂窩結(jié)構(gòu)的活性炭,發(fā)現(xiàn)隨著活化溫度的延長,蜂窩結(jié)構(gòu)活性炭的比表面積增加,類石墨微晶尺寸減小,類石墨有序結(jié)構(gòu)逐漸變得無序,成為亂層石墨結(jié)構(gòu)。

以酚醛樹脂為黏結(jié)劑的蜂窩結(jié)構(gòu)活性炭的微孔孔容和碳含量的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)以酚醛樹脂為黏結(jié)劑的活性炭在炭化處理后,其碳含量比以硅酸鹽為黏結(jié)劑的蜂窩活性炭明顯增加,微孔孔容也有增加,適宜的炭化溫度為900℃。

利用低溫有機(jī)黏結(jié)劑制備蜂窩結(jié)構(gòu)活性炭時(shí),蜂窩體只需在較低的溫度下熱處理就行(一般在300℃以下),所制得的蜂窩活性炭的比表面積損失和燒失率較小,機(jī)械強(qiáng)度也很高。我們以煤基粉末活性炭為原料, 分別以羧甲基纖維素(CMC)、(PVA)、縮丁醛(PVB)為黏結(jié)劑, 通過控制黏結(jié)劑和水分的比例, 擠出的蜂窩體經(jīng)過250℃的熱處理,得到機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到7.42MPa的蜂窩體。但由于其熱處理溫度較低, 在作為催化劑載體時(shí),通常需要經(jīng)過500℃以上的溫度處理,在很大程度上限制其在催化劑載體領(lǐng)域的應(yīng)用。

除上述黏結(jié)劑外,目前研究相對(duì)較多的還有有機(jī)高分子黏結(jié)劑,它在經(jīng)過炭化后能形成活性炭的炭骨架,增加了活性炭的微孔和比表面積,但常規(guī)的高分子經(jīng)過高溫炭化后殘?zhí)悸瘦^低,一般都需進(jìn)行改性處理,增加了成本,所以目前該方法在實(shí)驗(yàn)室研究得比較多,工業(yè)化應(yīng)用得很少。也有研究者將腐植酸、木質(zhì)素、玉米漿、造紙廢液等用來作為黏結(jié)劑使用,從環(huán)保角度上達(dá)到了變廢物為原料減少污染又增加經(jīng)濟(jì)利益的功效,但在制備蜂窩結(jié)構(gòu)活性炭上還未見報(bào)道。因此,制備性能優(yōu)良的蜂窩活性炭,黏結(jié)劑的選擇是非常關(guān)鍵,一種好的黏結(jié)劑能夠使制得的蜂窩體在吸附性能、強(qiáng)度和成型能力等方面都能達(dá)到較好的效果,從這一點(diǎn)上來說,我們?nèi)孕柽M(jìn)行深入的研究。

不同孔徑大小蜂窩活性炭

(二)無機(jī)類黏結(jié)劑

無機(jī)類的黏結(jié)劑在經(jīng)過高溫處理后能以硅酸鹽結(jié)構(gòu)的形式存在,這較大地提高了蜂窩活性炭的機(jī)械強(qiáng)度, 使其在某些領(lǐng)域備受關(guān)注。

以來源于煤、木材、椰殼、泥煤的粉末狀活性炭為原料,以氧化鋁或以及一些硅酸鹽為黏結(jié)劑,經(jīng)過混捏后擠壓成型,熱處理后成功制得蜂窩結(jié)構(gòu)活性炭。通過調(diào)整物料的比例和處理?xiàng)l件,所制得的蜂窩活性炭中,較大比表面積達(dá)到了732m2/g, 相應(yīng)的機(jī)械強(qiáng)度為17.2MPa, 其中較大的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到了40.6MPa, 對(duì)應(yīng)的比表面積僅僅只有631m2/g。由于無機(jī)黏結(jié)劑本身含碳量較小, 經(jīng)過炭化和活化處理后,無機(jī)類物質(zhì)大多還是以無機(jī)類形態(tài)存在,造成成型體的含碳量下降,并使蜂窩體的微孔數(shù)量減少,進(jìn)而降低了比表面積和微孔孔容。

在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了這一點(diǎn)。以活性炭粉為原料,以硅酸鹽為黏結(jié)劑,在添加黏結(jié)劑量為30wt%時(shí)得到的比表面積較大,為621m2/g,此條件下的微孔孔容也較大,為0.155cm3/g,而原料粉末活性炭的比表面積為919m2/g,其微孔孔容為0.221cm3/g;與其作對(duì)照的用酚醛樹脂做黏結(jié)劑時(shí),同樣的原料制得的蜂窩體,比表面積較大為662m2/g,其微孔孔容也達(dá)到了0.184cm3/g。因此,無機(jī)類黏結(jié)劑不適合用于制備高比表面積的蜂窩結(jié)構(gòu)體。

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