针对SO_2脱除的煤基活性炭结构及表面优化调控

以神华褐煤为原料,ZnCl_2为活化剂,采用化学活化法制备煤基活性炭,并通过NaOH溶液改性调控活性炭表面的化学官能团,进行烟气中SO_2吸附的研究。利用扫描电镜观察活性炭的表观形貌,利用低温N_2吸附法表征活性炭的比表面积及孔隙结构,利用红外光谱和Boehm滴定法考察活性炭的表面化学官能团。基于响应曲面法(RSM),对煤基活性炭的制备工艺参数进行了详细探究,建立了炭化温度、炭化时间、升温速率对活性炭比表面积的预测模型。通过响应曲面法得到/min,炭化时间3 h。得g。考察NaOH溶液浓度对煤基活性炭的孔隙结构、表面化学官能团及SO_2吸附量的影响机制。结果表明,NaOH改性后活性炭的表面更加凹凸不平,孔结构被剧烈破坏,活性炭的孔径主要分布在0. 5～0. 6,0. 7～0. 9和1. 0～4. 0 nm范围。在20%NaOH浓度改性时,活性炭具有最高的比表面积(681 m~2积(292 m~2比表面积和孔容下降。随着NaOH浓度的增加,活性炭表面的羧基、羟基等酸性基团的含量下降,而羰基等碱性基团的含量则明显增加。30%NaOH浓度处理样品的碱性基团含量最高,可达到g。进一步对活性炭的微孔比表面积、碱性官能团含量与SO_2吸附量的相关性进行分析,发现SO_2吸附量与微孔比表面积和碱性官能团含量都呈现正线性相关关系,且碱性官能团含量的相关性高于微孔比表面积。因此,表面碱性官能团和微孔结构有利于SO_2在活性炭表面的吸附。     

离子液体改性活性炭的CO2吸附和扩散性能

采用浸渍法将活性炭用1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([Bmim][TFSI])进行改性处理，制得一系列活性炭负载离子液体，并对其进行了FTIR,TG和SEM表征。研究了浸渍液浓度和浸渍时间对样品孔径分布、CO2吸附量、CO2/N2选择性和抗水性能的影响，并分析了CO2在活性炭负载离子液体内的吸附扩散行为。结果表明：浸渍时间是影响样品CO2吸附性能的关键因素，当离子液体浓度为0.24 mol/L浸渍3 h时，样品能较好地保持活性炭发达的孔道特征，在0.1 MPa和298 K时的CO2吸附量达8.65%；与空白活性炭相比，[Bmim][TFSI]改性处理能显著提高CO2/N2的选择性和抗水性；负载离子液体具有较快的CO2扩散速率，其扩散系数比纯离子液体高2个数量级。     

表面改性对煤基活性炭及其甲烷吸附性能的影响

对活性炭进行氧化改性,用Boehm滴定法、TPD-MS和N 2 吸附方法对其进行表征,得出活性炭表面含氧官能团的种类和数量,研究含氧官能团对煤基活性炭吸附甲烷性能的影响。Boehm滴定结果表明,改性后活性炭上的含氧官能团含量显著增加,尤其是羧基的含量。采用高斯分峰法对TPD数据进行分析,和Boehm滴定结果一致。N 2 吸附表明,氧化处理对活性炭的孔分布和比表面积有一定的影响。吸附实验表明改性后活性炭对甲烷的吸附能力明显降低。此外,孔结构的变化对甲烷吸附量的减小起次要作用。     

低阶煤中含氧官能团含量对浮选吸附概率的影响规律

为了提高低阶煤的疏水性和可浮性,实现低阶煤的高效浮选提质,本研究用3种不同类别的表面活性剂(CTAB、SDS和Span-80)对平朔长焰煤和胜利褐煤煤样进行改性处理,采用离子交换法测定改性前后煤样中含氧官能团的含量,测定了各煤样在气泡上的吸附概率,并对表面活性剂改性低阶煤的规律和机理进行了分析,认为含氧官能团含量是影响煤的疏水性和可浮性的重要因素,通过表面活性剂改性可以对低阶煤表面的含氧官能团产生有效的掩蔽作用,提高低阶煤的疏水性,促进其在气泡上的吸附;氢键对表面活性剂在低阶煤表面的吸附起最主要的作用,表面活性剂极性端官能团的种类及其与煤中含氧官能团之间的氢键作用强弱对表面活性剂的改性效果起决定性作用。     

硝酸改性活性炭的制备及其对Cu2+的吸附性能

以不同浓度的硝酸对活性炭进行改性,用BET氮吸附法和Boehm滴定法对改性前后的活性炭进行了表征,并比较了改性和未改性活性炭对模拟含铜废水的处理效果。结果表明：经过硝酸氧化改性的活性炭比表面积有所增大,含氧官能团总量明显增加,因而对水中Cu²⁺的去除率大为提高;在常温、自然pH、活性炭用量为5 g/L、吸附时间为180 min的条件下处理浓度为10 mg/L的模拟含铜废水,经浓度为10%的硝酸改性的活性炭对Cu²⁺的去除率在70%以上,经浓度为70%的硝酸改性的活性炭对Cu²⁺的去除率接近90%;Langmuir等温吸附模型可较好地描述硝酸改性活性炭对Cu²⁺的等温吸附行为。     

化学性质对活性炭脱硫的影响

运用工业与元素分析、能谱分析（EDS）及CO/CO2程序升温脱附(CO/CO2-TPD)等多种表征手段,结合SO2的吸附脱附测试,研究化学性质对活性炭脱硫的影响。从CO,CO2的析出曲线可以发现,对于生物质原料（椰壳）制成的活性炭,表面形成的含氧官能团以羧酸、酚、羰基、醌为主;对于煤质活性炭,表面含氧官能团以内酯、酚、羰基、醌为主。这些官能团对SO2吸附的影响各不相同,炭表面分解产物为CO2的官能团（羧酸、内酯）对SO2吸附量的增加有抑制作用,而分解产物为CO的官能团（酚、羰基、醌）的作用并不明显。脱附实验结果表明,活性炭吸附的SO2很难完全脱附,SO2的残留量与样品的灰分含量有关,灰分中的成分会与SO2发生相互作用,导致部分SO2在脱附时无法析出而残留在活性炭中。     

含氧卤化物改性制备烟气脱汞用活性焦及其表征与评价

通过捏合过程向活性焦中加入卤酸钾添加剂对活性焦进行改性制备,使用扫描电镜和X射线能谱分析等表征手段对制备的活性焦样品的表面形貌、含氧官能团种类和相对含量等进行分析,使用模拟烟气对制备的活性焦样品进行汞吸附性能评价。研究发现,卤酸钾添加剂的部分分解作用可提高活化程度,优化活性焦的孔隙结构;同时发现卤酸钾添加剂可增加活性焦中C—O官能团的相对含量,与空白活性焦样品相比,3种改性后的活性焦样品中C—O官能团的相对含量分别增加13.2%,15.2%,15.7%。汞吸附性能评价发现随着活性焦中C—O官能团相对含量增加,汞吸附性能随之增加。通过卤酸钾添加剂对活性焦改性制备可有效提高其汞脱除效率。     

电场对煤表面结构及瓦斯吸附性的影响

采用直流电场作为物理场,利用已研制的电场作用下煤的瓦斯吸附试验装置,对电压作用下煤的瓦斯吸附性进行了试验研究,对电压作用前后试验煤样表面结构进行了XPS能谱测试,对煤样表面结构C元素含氧官能团的种类及其相对含量进行了分析,目的是基于煤表面结构揭示电场作用对煤的瓦斯吸附性影响机理。试验结果表明:电压作用可以弱化煤的瓦斯吸附性,在80 k Hz/1 k V,80 k Hz/3 k V和80 k Hz/5 k V电场作用下,煤表面结构C元素含氧官能团发生改性,C—C/C—H键相对含量从47.22%减少到24.95%,生成C—O键、C=O羰基官能团、COO—羧基或醌官能团,使得这3种含氧官能团相对含量增加,其最大值分别为54.44%,13.89%和7.39%;随着煤表面结构C元素C—C/C—H键相对含量的减少,煤的瓦斯饱和吸附量a呈线性规律减小,吸附常数b呈指数规律减小;与电场作用前相比,作用后煤总孔面积、中值孔径(体积)、中值孔径(面积)和平均孔径等孔隙结构参数均增加。     

不同水热解条件下煤结构变化的实验研究

利用高压反应釜,在不同温度、气氛和停留时间条件下,对白音华褐煤进行水热处理,对于处理后的煤进行元素分析,并研究改性后煤中含氧官能团含量的变化规律。水热处理后的煤样碳含量增高,氧含量降低,O/C比降低,煤化程度增高;煤表面含氧官能团的含量随水热处理温度的升高而减少,随煤化程度的增高而减少。     

改性活性炭的制备及吸附亚甲基蓝研究

分别采用HNO_3、NaOH、HNO_3与NaOH联用对活性炭进行表面化学改性,考察了投加量、pH值及温度对亚甲基蓝去除率的影响,并对吸附过程进行动力学拟合。结果表明,HNO_3与NaOH联用改性活性炭(YH-C)表面具有较多的碱性基团、酸性基团和内酯基含量,而酚羟基含量很少。活性炭投加量越大,溶液pH值和温度越高,对亚甲基蓝去除效果越好。不同温度和不同pH值下活性炭吸附亚甲基蓝的过程分别符合拟一级动力学方程、二级动力学方程。红外光谱表明,YH-C保留了未改性活性炭的基团,只是峰强度有所不同。     

高锰酸钾改性对颗粒活性炭吸附Cu2+的影响

采用KMnO₄溶液在回流状态下对颗粒活性炭进行了改性。考察了KMnO₄ 溶液浓度对Cu²⁺吸附率-pH曲线及pH的影响，并研究了KMnO₄ 改性对颗粒活性炭吸附和解吸Cu²⁺性能的影响。结果表明，KMnO₄ 改性使颗粒活性炭对 Cu²⁺吸附率-pH曲线及pH向低pH偏移。当KMnO₄溶液浓度为0.03 mol/L时，改性颗粒活性炭效果最好；KMnO₄ 改性提高了颗粒活性炭对Cu²⁺的吸附速率，使其投加量节省约3倍；Cu²⁺在改性及未改性活性炭上的吸附遵循Freundlich等温吸附方程，在相同Cu²⁺平衡浓度下，KMnO₄改性活性炭对 Cu²⁺的吸附量提高约 2.7倍；使用 0.35 mol/L的HCl溶液作解吸液，Cu²⁺从KMnO₄改性活性炭上的解吸率为 91.1%，而Cu²⁺从未改性活性炭上的解吸率仅为8.8%。KMnO₄ 改性提高了颗粒活性炭从水中吸附重金属离子的能力，并促进了其解吸再生性能。     

干燥温度对褐煤干燥后复吸特性的影响

采用自制卧式干燥实验台,制得不同干燥温度下的褐煤煤样,采用核磁共振法测定干燥试样的有效含水孔隙,采用傅里叶红外法测定试样的表面含氧官能团,使用自制复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水率。实验结果表明,对于低温干燥褐煤(干燥温度为140~230℃,干燥时间为10 min),干燥温度对褐煤的有效含水孔隙体积影响较小,对主要含氧官能团影响较大,煤中主要含氧官能团表现为随干燥温度升高先减少后增加。对于高温干燥褐煤(干燥温度为600~800℃,干燥时间为30 s),干燥温度对褐煤的有效含水孔隙体积和含氧官能团均有较大影响,表现为随干燥温度升高有效含水孔隙体积减少,含氧官能团增多。不同干燥条件下,干燥褐煤的复吸特性影响因素不同,低温干燥条件下,干燥温度通过改变褐煤含氧官能团数量来影响干燥褐煤复吸特性,而有效含水孔隙结构是高温干燥褐煤平衡含水量的主导因素。     

响应曲面法优化金精矿生物氧化渣非氰浸金过程

采用单因素法和响应曲面法对活性炭-硫氰酸铵浸出金精矿生物氧化渣过程进行优化研究。结果表明,在硫氰酸铵浸金过程中加入活性炭能进一步提高金浸出率; 金浸出率随硫氰酸铵浓度和pH值增加而升高、随着活性炭添加量增加先升高后降低; 硫氰酸铵浓度和pH值的交互作用对金浸出率影响明显,各因素对金浸出的影响程度为:硫氰酸铵浓度>pH值>活性炭添加量; 在硫氰酸铵浓度0.85 mol/L、pH=11.58、活性炭添加量3.37 g/L的适宜工艺条件下,金浸出率预测值为93.93%,平均实验值为94.00%,二者误差值仅0.07%,模型能够对金浸出率实现准确地分析和预测。     

胜利褐煤的改性油泡浮选机理

针对胜利褐煤亲水性强、可浮性差的特点,从降低表面亲水性入手,采用2-乙基己醇、2-辛酮和苯乙酸甲酯对普通柴油油泡进行了改性,通过诱导时间对改性油泡的黏附性能进行了表征,借助傅里叶变换红外光谱技术分析了表面活性剂的吸附位点,并通过计算基团电负性进行了药剂吸附方式的分析,丰富了低阶煤油泡浮选的基础理论。实验结果表明:2-乙基己醇和2-辛酮改性的油泡对褐煤的诱导时间可以降低至40 ms左右,在相同的药剂消耗下,改性油泡比普通油泡的可燃体回收率最高增幅超过60%。FT-IR的分析表明表面活性剂能够抑制褐煤表面—OH的亲水作用,从而提高其可浮性。结合各项测试和基团电负性计算的结果进行分析,可以认为醇—OH能够与煤表面O发生氢键作用,能有效降低亲水性;2-辛酮在高浓度配比下有良好的效果;苯乙酸甲酯中的苯环容易吸附到褐煤的疏水表面,会对药剂中含氧基团的作用效果起到负面影响。