压块工艺条件下配煤对活性炭孔结构的调控作用

以大同烟煤为主料,分别和太西无烟煤、霍林河褐煤配煤,采用无黏结剂直接压块工艺制备活性炭,为了研究配煤对活性炭孔结构的调控作用,烟煤和配煤按照质量比100∶0、80∶20、60∶40、40∶60、20∶80进行试验,以碘值、亚甲蓝值和焦糖脱色率作为评价指标,利用密度函数理论解析温度77 K下N2的吸附/解吸曲线,得出活性炭孔容和孔径分布。结果表明:无烟煤和褐煤作为烟煤的配煤制备活性炭会使其孔结构向着不同的方向发育。配入无烟煤促使活性炭以产生新的微孔为主,向着微孔更丰富,总孔容更大的方向发育,碘值和亚甲蓝值随着无烟煤配比的提高而增加,由579 mg/g和128 mg/g分别增加至979 mg/g和135 mg/g;配入褐煤导致微孔短暂的发育后进入扩孔阶段,以至于总孔容减少,中孔容增加,在烟煤和褐煤质量配比在20∶80时,碘值、亚甲蓝值和焦糖脱色率分别为681 mg/g、87 mg/g和18%。     

非焦油黏结剂制备煤基柱状活性炭的试验研究

采用高分子聚合物作为黏结剂,以气肥煤、无烟煤和贫煤为原料,通过配煤法制备柱状活性炭,可以在传统活性炭的基础上大幅度降低柱炭破碎炭的成本。试验结果表明,当活性炭的最佳配比气肥煤∶无烟煤∶贫煤为3∶4∶3、炭化温为600℃、活化温度为900℃及烧失率为63.5%时,可以得到性能优异的活性炭,其碘值为1000 mg/g,亚甲蓝272.5为mg/g,强度为94.32%。     

晋城无烟煤基活性炭的制备及其性能研究

以山西晋城地区的6种无烟煤为原料,分别采用煤焦油和羧甲基淀粉为黏结剂,经捏合、成型、炭化、水蒸气活化等步骤制备煤基柱状活性炭;采用烧失率、耐磨强度、碘值、亚甲蓝值等指标,评估活性炭制备过程原料煤理化性质与使用黏结剂类型对活性炭成孔特性的影响规律。实验结果表明,较高的原料煤变质程度和固定碳、挥发分含量有利于活性炭微孔发展;羧甲基淀粉黏结剂易于炭化形成胶体状物质,具有良好的延展性,促进活性炭骨架结构形成并强化水蒸气对活性炭孔隙结构的活化及扩增,使活性炭孔隙向微孔发展;煤焦油黏结剂较强的热稳定性限制活性炭微孔发展,制备的活性炭表现出大孔特性;以羧甲基淀粉为黏结剂可制备耐磨强度为95.3%～97.1%,碘值为1 002.2～1 031.0 mg/g,亚甲蓝值为222.8～259.8 mg/g的柱状活性炭。     

荞麦壳基活性炭的制备及其性能研究

为了实现固废资源化利用,以废弃荞麦壳为原料采用化学活化法制备了一种新型吸附 剂———荞麦壳基活性炭。 采用单因素方法对制备过程中的活化温度、活化时间、活化剂种类和荞 麦壳与活化剂的质量比进行了优化,通过碘值和亚甲蓝值考察了优化后荞麦壳基活性炭的吸附 效能,并采用气体吸附仪、X射线衍射法和扫描电镜分析表征了活性炭的孔结构、微晶结构及微 观表面形貌。 结果表明:当采用磷酸活化剂、活化时间90min、活化温度500℃、荞麦壳与活化剂 的质量比为1∶3时,获得的荞麦壳基活性炭碘值和亚甲蓝值分别为765.8mg/g和222.2mg/g, 其亚甲蓝值高于市售的三种活性炭(煤基、木质、椰壳活性炭);同时,优化后的荞麦壳基活性炭 的中孔孔隙率最大为96.8% ,总孔容量(0.666cm3/g)高于煤基活性炭和椰壳活性炭,比表面积 (785.3m2/g)与市售活性炭相当,说明以荞麦壳为原料采用磷酸活化可制备出中孔发达、吸附性 能好的活性炭。     

新型复配黏结剂代替煤焦油制备柱状活性炭

采用新型复配黏结剂制备柱状活性炭,研究原料配比和工艺参数对活性炭性能及孔径分布的影响。结果表明:原料配比中太西无烟煤有利于微孔发育,煤化程度较低的永城贫煤则有利于中孔发育;活性炭的强度随着烧失率的增大不断下降,碘值、亚甲基蓝值则呈现先升高后下降的趋势;最佳制备工艺为炭化温度600℃、炭化恒温时间0,活化温度890℃、活化时间260 min,制备出的活性炭强度、碘值、亚甲基蓝值和比表面积分别为92.2%、1 052 mg/g、303 mg/g和1 084 m2/g。     

处理焦化废水活性炭的制备及性能表征的研究

目前焦化厂面临干熄焦及废水零排放的双重政策压力,而采用活性炭吸附法可以对焦化废水进行深度处理。本研究采用配煤法以山东气肥煤、太西无烟煤和大同弱黏煤为原料,通过调整原料配比及工艺条件制备焦化废水深度处理的最佳活性炭。以强度、碘值及亚甲基蓝值为指标,确定活性炭最佳原料配比。用已制备的活性炭对焦化废水进行动态吸附试验,试验结果表明,活性炭动态吸附焦化废水流速为10 mL/min,活性炭床层高度为400 mm较为合理,5~#活性炭静态和动态焦化废水处理效果最好。因此,焦化废水深度处理用活性炭的最佳制备条件为:原料配比山东气肥煤:太西无烟煤:大同弱黏煤为3:4:3,炭化温度为600℃,活化温度为890℃,烧失率为59.8%。     

煤的变质程度对活性炭孔结构影响的研究进展

基于国内外煤质活性炭的研究现状,归纳了不同变质程度原料煤对活性炭孔结构的影响,总结提出了煤的变质程度对活性炭孔结构影响的一般性规律,并分析了煤质活性炭的发展趋势以及研究煤的变质程度对活性炭孔结构影响规律的重要意义。结果表明:原料煤的变质程度越高,活性炭孔结构的微孔越发达,随着变质程度的降低,活性炭孔结构的中孔比例逐渐增加,这种趋势在烟煤各小类之间表现得尤为明显;煤的变质程度对活性炭孔结构的影响规律是配煤制备活性炭技术的基础,可为活性炭孔结构的调控提供理论参考,以实现根据吸附质的尺寸针对性选用合适吸附剂的目的。     

高碘低灰煤基活性炭的制备及性能研究

主要通过选取适合制备压块活性炭的煤种,并且在源头上控制灰分,不使用后处理脱灰,制备具有碘吸附值高且灰分低的活性炭样品。选用3种不同地区的煤为原料,通过配煤压块成型的方法制备活性炭,以碘吸附值、强度、灰分为主要评价指标进行性能研究。结果表明,C煤与B煤配比分别为5∶0、4∶1、1∶1、1∶4时,在550℃终温炭化,900℃活化3.5 h的条件下,均可制备出美碘≥1 100 mg/g、美强≥90%、灰分≤10%的活性炭样品。其中,配比为5∶0时,制备的样品的美碘达到1 223 mg/g、美强达到95%、灰分仅为5.46%。     

基于活化过程碳烧失特性的孔结构发展机制

以太西无烟煤和大同烟煤为原料,在不同活化温度下制备了烧失率10%~75%的活性炭。研究了活化过程中无规则碳和微晶单元结构的烧失特性,并分析了表面碳烧失特征;结合不同活化阶段的孔结构特性,分析了微孔、中孔形成及发展机制。结果表明,当烧失率低于30%时,以无规则碳烧失为主,无烟煤活性炭主要形成1.35 nm以下的微孔,而烟煤活性炭同时形成微孔和中孔结构,且中孔孔径可达到50 nm。随烧失率的增加,微晶结构参与反应,当烧失率超过50%时,层片尺寸和堆积厚度均明显减小。此时无烟煤活性炭在微晶结构间发生扩孔作用,持续发展2~4 nm的中孔,同时微晶层间距增加也可发展极微孔。烟煤活性炭微晶单元尺寸显著减小,会造成孔结构坍塌或萎缩,导致原有孔容积降低。     

华北区域不同煤阶样品孔隙结构特性研究

为探求华北区域煤样的孔隙发育特征,采用压汞法对采自此区域不同煤阶样品孔隙结构和分形维数进行研究。研究结果表明,煤体孔容和比表面积分别由大孔和微孔发育情况所决定,且100nmD1000nm范围内中孔相对不发育;随着Ro,max变化,煤体孔容和比表面积均呈现两端高大中间低的曲线形态;煤样中大于50.4~95.4nm孔径具有分形特征,此孔径范围主要包括部分过渡孔、中孔和大孔,并且随着Ro,max的增加,分形维数整体呈现降低的趋势。     

大同烟煤镜质组、惰质组制备活性炭的试验研究

用密度法分离富集了大同烟煤镜质组和惰质组,研究了大同烟煤镜质组和惰质组制备活性炭性能,以富集的镜质组和惰质组为原料,经成型、炭化和活化等过程,制成活性炭,分析测试结果表明：由于成因及显微组分的化学性质不同,在同烟煤镜质组制备的活性炭亚甲兰指标高于惰质组,表明由大同烟煤镜质组制备的活性炭中孔发达。     

无烟煤与气肥煤配煤制备中孔活性炭

以贵州无烟煤和山东气肥煤为原料,在不同的原料配比和炭化温度下制备了中孔发达的活性炭。通过测定氮气的吸附等温线,研究了炭化温度和原料配比对活性炭中孔率的影响。试验结果表明：活性炭中孔率随着炭化温度的升高呈增大趋势,原料配比对中孔率没有明显的影响。当无烟煤和气肥煤质量比为3∶1,炭化温度为700℃,在930℃下活化240 min,所制备的活性炭中孔最为发达,总孔容为0.837 6 mL/g,中孔孔容为0.395 5 mL/g,中孔率为47.22%,是相近烧失率商品活性炭的2.5倍。     

高品质低阶煤基活性炭的制备与表征

以国内外8种低阶煤为原料,在相同工艺条件下采用KOH活化法制备低阶煤基活性炭,利用低温N-2吸附、傅里叶红外光谱（FTIR）及X射线光电子能谱（XPS）等对活性炭的孔结构及表面化学性质进行表征,考察原料煤的物理化学特性对低阶煤基活性炭孔结构的影响及其表面化学性质。结果表明：在碱炭质量比为3∶1、活化温度为650 ℃、活化时间为0.5 h、升温速率为10 ℃/min、保护气流量为200 mL/min的条件下,可制备出比表面积为1 694～2 956 m 2/g、总孔容为0.909～1.949 cm 3/g、中孔率为37.3%～71.1%的高品质低阶煤基活性炭;低阶煤自身固有的物理化学特性对活性炭的孔结构具有重要影响,原料煤原生孔隙丰富、挥发分高有利于活性炭中孔的发育;煤中无机矿物成分不仅会削弱活化反应的剧烈程度,而且会降低活性炭的质量及性能;低阶煤基活性炭表面含有丰富的含氧官能团,其中以羰基及酚羟基（或醚类）为主,其次为内酯基和羧基。     

压力对太西无烟煤制活性炭的炭化和活化过程的影响

研究了反应压力对太西无烟煤制备活性炭的炭化和活化过程的影响.反应压力能够改变炭化产物和活化产物的吸附性能和孔径分布.加压炭化影响了热解产物的传质过程，提高了发生二次反应的机会，而加压活化能够影响活化反应的吸附平衡和反应速率.随着反应压力的提高，活性炭产品的堆比重降低，碘和亚甲蓝吸附值提高，比表面积和孔容提高，形成更多的微孔结构.     

基于大型电厂配煤方案的颗粒物生成实验研究

燃煤电厂常采用混煤燃烧,为降低颗粒物的排放,需选择合适的配煤方案。基于国内某大型电厂常用的配煤方案,在实验室条件下进行了颗粒物生成实验研究。选择山西煤（SX）、澳洲煤（AZ）、伊泰煤（YT）3种烟煤和1种印尼褐煤（YN）,配煤方案为SX∶YN=3∶2,AZ∶YN=3∶2和AZ∶YT=3∶2（质量比）。在沉降炉中进行了原煤及混煤的燃烧实验,实验温度均为1 300 ℃,生成的颗粒物被低压撞击器所收集。实验结果表明,混煤及原煤燃烧生成的颗粒物具有相似的质量粒径分布;在所研究的条件下,混煤燃烧生成的颗粒物均少于由原煤燃烧颗粒物所得的计算值,不同煤中矿物质之间的交互作用是导致混煤燃烧颗粒物减少的主要原因;在所关注的3种配煤方案中,以混煤SX∶YN=3∶2燃烧生成的颗粒物总量最少,因此为最优配煤方案。     

煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响

为系统研究煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响,以印尼褐煤不同煤岩显微组分为前驱体,采用KOH活化法制备活性炭,并用作超级电容器电极材料。利用低温N2吸附、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)对活性炭的孔结构特征和表面官能团进行表征,采用恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测定活性炭电极的电化学性能,系统研究煤岩显微组分对活性炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明,不同煤岩显微组分所制活性炭的孔结构存在显著差异,其中惰质组活性炭的孔隙结构最发达,比表面积及总孔容分别可达2 712 m2/g和1.339 cm3/g,中孔率(39.7%)最高,其次为镜质组,壳质组最低;改变煤岩显微组分,可以调控活性炭1.5~3.2 nm范围内的孔隙数量;煤岩显微组分活性炭电极在KOH电解液中均具有优异的电化学性能,比电容量最高可达400 F/g,其优异的电化学性能归因于活性炭发达的微孔结构、合理的中孔分布和丰富的含氧官能团。     

多层流化床含氧水蒸汽活化制备煤基活性炭

为探究多层流化床用于粉状炭化料活化的可行性,采用多层流化床反应器,以大同煤的炭化料为原料,通过含氧水蒸汽活化法制备活性炭,考察操作条件对活性炭的吸附性能、孔结构特性及产率的影响。结果表明,与单层床和3层床相比,双层床活化满足生产高品质活性炭的需求,且能获得较高的活性炭产率。采用在第2层床供入部分氧气的分级供氧方法可提高活性炭的产率,并维持了较高的吸附能力和比表面积。在双层流化床第1层床和第2层床活化温度分别为890 ℃和870 ℃、活化剂中氧体积分数为8.9%、加料速率5 g/min、水碳比1.73的条件下,当第2层床供氧量占总氧量的体积分数为50%时,活性炭的收率达到46%,比表面积为877.1 m2/g,亚甲基蓝吸附值为226 mg/g,碘吸附值为1 025 mg/g,强度为92%,装填密度为334 kg/m3。因此,在双层流化床中采用分级供氧能确保同时实现煤基活性炭制备的高收率和高品质。     

利用烟煤制造柱状活性炭

介绍了压伸法制备成型活性炭的工艺，并利用大同烟煤生产柱状活性炭。     

开滦矿区强粘结性煤校核粘结指数测定的研究

以开滦矿区7种强粘结性煤为研究对象,通过改变粘结指数测试过程中待测烟煤和标准无烟煤间的配比,研究了开滦煤的校核粘结指数。结果表明,当待测烟煤和标准无烟煤的配比为0.7∶5.3时,粘结指数的区分能力较好,可有效区分开滦矿区强粘结性煤的粘结能力。