大同煤制备饮用水深度净化专用活性炭试验研究

以大同地区两个代表性矿区煤样为原料,通过加入特殊添加剂的方式,采用压块活性炭制备工艺,得到了性能优良的饮用水深度净化专用活性炭产品,并重点考察了活化时间对产品强度、装填密度、亚甲蓝吸附值和碘吸附值等性能的影响。结果表明:两种原料煤制得活性炭的强度最低分别为95.2%和95.6%,装填密度最低为490 g/L和498 g/L,亚甲蓝吸附值最高均为240 mg/g,碘吸附值最高值达到1100 mg/g以上,均优于现有普通活性炭。通过对比两种原料煤制得活性炭产品的孔结构,说明2号原料煤制得的活性炭产品具有更发达的孔隙结构,其比表面积和孔容分别比1号煤制得产品高出74 m2/g和0.03 mL/g。因此,2号原料煤是制备饮用水深度净化专用活性炭的合适原料煤。     

添加剂作用下煤基中孔活性炭的制备

以贫煤为原料,硝酸盐为添加剂,制得中孔发达的活性炭.利用N2吸附脱附曲线对样品孔隙结构进行了表征,并考察了其吸附性能(碘值和亚甲蓝值).结果表明,未加添加剂时,可以得到中孔孔容0.287 4 mL/g,中孔率达72.43%的活性炭;加入添加剂后,微孔孔容和中孔孔容提高了0.05 mL/g左右.结果还表明,实验用硝酸盐有利于微孔的形成,能促进微孔向中孔的发育,提高总孔容;利用不同浓度的添加剂对活性炭的孔隙可进行定向调变.     

原料预处理对氢氧化钾活化法制备活性炭的影响

以神华煤直接液化残渣为原料,采用氢氧化钾活化制备高比表面积活性炭,重点研究了不同的预处理方案对制备煤液化残渣基高比表面积活性炭的影响。实验发现:空气和硝酸钾协同预氧化处理有利于提高活性炭的比表面积和收率;硝酸钾用量是影响活性炭性能的重要因素。在一定的范围内(20%),硝酸钾用量的增加,不仅能有效提高活性炭的微孔比表面积,还能在某种程度上有效降低活性炭的灰分,当硝酸钾用量占原料的20%时,活性炭的收率为47.07%,灰分为0.996%,碘吸附值达到1 765.6 mg/g,但硝酸钾含量进一步增加时,活性炭的碘吸附值会急剧下降,且灰分也随之上升。     

NaOH活化法制备煤基活性炭的研究

以焦作无烟煤为原料,NaOH为活化剂,采用化学活化法制备煤基活性炭,分别考察了碱炭比、活化温度和活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能和收率的影响;利用低温N2吸附法对活性炭的比表面积、总孔容及孔径分布进行了表征.结果表明,在碱炭比为4,活化温度为750℃和活化时间为1 h的条件下,可以制得比表面积为2 483 m2/g,总孔容为1.41 cm3/g,碘吸附值为2 530 mg/g,亚甲蓝吸附值为418 mg/g的煤基活性炭.     

煤质成型活性炭的制备及其吸附性能研究

以神木烟煤为原料,煤沥青为黏结剂,在较低浸渍比下采用KOH和ZnCl_2活化法制备成型活性炭,利用低温(77 K)N_2吸附法对活性炭的比表面积及孔结构参数进行表征,考察浸渍比对活性炭孔结构的影响及其液相吸附性能,并对比分析两种化学活化法所制活性炭结构与性能的差异.结果表明,在相同浸渍比下,KOH活化法所制成型活性炭的比表面积、总孔容及碘吸附值均高于ZnCl_2活化法.当浸渍比为1.0时,采用KOH活化法可制备出表面积为811 m~2/g,总孔容为0.513 cm~3/g,中孔比例为23.6%,碘吸附值为1 125 mg/g的成型活性炭;采用ZnCl_2活化法可制备出表面积为472 m~2/g,总孔容为0.301 cm~3/g,中孔比例为30.6%,碘吸附值为527 mg/g的成型活性炭.两种活化法所制成型活性炭的孔径主要分布在1.2 nm~2.0 nm的微孔和3.6 nm~4.5 nm的中孔范围内.     

热解活化法制备高吸附性能椰壳活性炭

以椰壳为原料,采用高温直接热解活化法制备高吸附性能活性炭。研究了活化温度、活化时间对活性炭吸附性能的影响。研究结果表明,活化温度为 900 ℃,热解活化时间为 8 h,升温速率为 10 ℃/min,制得碘吸附值为 1 628.54 mg/g,亚甲基蓝吸附值为 375 mg/g 的高吸附性能椰壳活性炭,得率为 9.41 %。氮气吸附实验结果表明,该活性炭比表面积 1 723 m²/g、总孔容积 0.87 cm³/g、微孔容积 0.68 cm³/g、中孔容积0.18 cm³/g、平均孔径 2.03 nm。热解活化制备的椰壳活性炭样品性能优于市售水蒸气法椰壳净水活性炭国家标准。     

磷酸法水稻秆活性炭的制备

以水稻秆为原料,采用磷酸活化法制备活性炭。研究了浸渍比、活化温度对活性炭样品吸附性能的影响,并对其微结构进行N₂吸附等温线、热重-微商热重法(TG-DTG)、扫描电子显微镜(SEM)等表征。结果表明:水稻秆适合作为磷酸法活性炭的原料,吸附性能达到市售脱色活性炭的指标要求。在浸渍比为3∶1、活化温度 450 ℃、活化时间 60 min 的条件下,制得活性炭的亚甲基蓝吸附值 215 mg/g,碘吸附值 855 mg/g,A法焦糖脱色率 110 %,BET比表面积 967.72 m²/g,总孔容积 1.23 cm³/g,中孔率 84.6 %,平均孔径 4.6 nm。     

致孔剂对沥青基活性炭结构性能的影响

梧桐枯叶经过热处理,制备生物炭致孔剂,考察了不同热处理温度所得致孔剂对沥青基活性炭性能结构的影响。通过X-射线衍射、N_2物理吸附等方法对沥青基活性炭进行表征。研究表明,随致孔剂热处理温度以及含量的增高,活性炭的比表面积和碘值先增加后降低,致孔剂热处理温度450℃,含量6%时,沥青基活性炭碘吸附值为915 mg/g,比表面积为980 m²/g,中孔率为43.4%,比未加入生物炭致孔剂时,沥青基活性炭的中孔率提高了25.7%。     

不同活化法制备的焦化除尘灰基活性炭的性能比较

采用焦化除尘灰为原料,分别用水蒸气和KOH为活化剂制备焦化除尘灰基活性炭,并对所制的活性炭进行碘吸附值、BET比表面积、孔径分布、孔容以及表面形貌测试。实验结果表明,采用KOH活化法制备的活性炭吸附性能强于采用水蒸气活化法制备的活性炭。氢氧化钾活化法制备的活性炭为中孔孔型,BET比表面积达275.51 m2/g。     

污泥-锯末混合ZnCl2活化制备活性炭

以城市污水厂二沉池污泥为主要原料、固体ZnCl2为活化剂,添加一定量锯末,在高温管式炉中采用化学活化法制备污泥活性炭,通过单因素实验考察了锯末添加率、盐料比、活化温度、活化时间对污泥活性炭吸附性能的影响. 结果表明,锯末添加量为20%、盐料质量比为2.0、活化温度为550℃、活化时间为15 min时,所得活性炭碘吸附性能最优,达679.25 mg/g;污泥活性炭具有发达的孔结构,其比表面积达609.68 m2/g,总孔容为0.51 cm3/g,平均孔径为3.51 nm.     

水蒸气活化法制备长柄扁桃壳基介孔活性炭的研究

以沙漠治理树种长柄扁桃的种壳为原料,采用水蒸气活化法制得了介孔发达的活性炭,并研究了炭化温度、活化温度、活化时间、水蒸气用量对活性炭吸附性能及产率的影响。结果表明：在炭化温度600℃、活化温度850℃、活化时间60 min、水蒸气与炭化料的质量比为6：1的最佳工艺条件下,制得活性炭样品的产率为12%,碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别达到1 175和315 mg/g,介孔率为60.9%,比表面积为1 127 m²/g,平均孔径2.6 nm,在吸附平衡时间为24 h时,活性炭对水溶液中头孢氨苄的吸附量高达245 mg/g,优于相同条件下制得的椰壳和核桃壳活性炭的吸附能力。     

石油焦制备活性炭工艺条件的优化及其孔结构表征

以独山子石油焦为原料,以氯化锌为活化剂,采用微波加热方式制备活性炭,通过碘吸附、苯吸附等考察所制活性炭的吸附性能,并对活性炭的制备工艺条件进行筛选和优化。结果表明：微波加热法制备活性炭时,最佳工艺条件是：氯化锌、石油焦、煤沥青的质量比为1．5：7．5：1,微波功率1300W,辐照时间6min。所得样品比表面积1095．7m^2／g,碘吸附值673．7mg／g,苯吸附值781．1mg／g,强度20．3N。通过与电炉法对比发现,微波加热和电加热制备的活性炭孔结构不同,微波法制备的活性炭在比表面积、孔径分布等方面优于电炉法制备的活性炭。     

KOH活化法制备有机双电层电容器用高比表面积活性炭

以石油焦为原料、KOH为活化剂制备有机双电层电容器用高比表面积活性炭。考察了活化剂与石油焦的质量比（碱炭比R）对活性炭的孔结构及其比电容的影响,研究结果表明：增大活化剂用量可制得中孔含量丰富的高比表面积活性炭,碱炭比为5时所制活性炭的比表面积和总孔容分别为2646m^2／g和1．66cm^2／g,中孔率高达53．6％,以该活性炭作电极组装成的双电层电容器在1mol／L LiPF6（EC＋DMC＋EMC）有机电解液中的比电容可达173F／g,同时具有良好的充放电性能和功率特性。     

响应面法优化制备塑料-锯末活性炭

将梧桐锯末和聚丙烯塑料按比例混合后,采用K2CO3活化法制备活性炭,基于中心组合实验设计(CCD)的响应面法(RSM),以碘吸附值和亚甲基蓝吸附值为优化目标,优化工艺参数。结果表明,当塑料含量为19wt%、无水K2CO3与梧桐锯末质量比为1.73、活化温度为958℃、活化时间为91 min时,所制活性炭的性能最优,碘吸附容量为1320.97 mg/g,亚甲基蓝的吸附容量为471.95 mg/g,与二阶模型预测值接近,表明该模型具有较高的可信度。方差分析结果表明,盐料比、活化温度、活化时间提高对活性炭的碘吸附容量有显著的促进作用,而塑料含量对活性炭碘吸附容量有抑制作用;活化温度、活化时间对活性炭的亚甲基蓝吸附容量影响显著,与塑料含量均具有促进作用,而盐料比是非显著因素且有抑制作用。最优条件下所制活性炭的比表面积为1916.10 m2/g,总孔容为1.12 cm3/g,其中介孔高达70.10%。相比于单因素优化实验所制活性炭,比表面积提高了454.11 m2/g。FT-IR分析表明两种优化条件下所制活性炭的官能团基本没有变化,活性炭亚甲基蓝吸附量的提高主要是由于样品的比表面积增大。     

活性炭电极电容法脱盐性能的研究

研究了活性炭用于电容法脱盐时的电化学性能。用恒压充放电方法研究了操作电压对活性炭电吸附性能的影响,比较了活性炭对不同金属离子的电吸附性能,初步研究了活性炭物性参数与其电吸附性能的关系。结果表明,操作电压与活性炭电吸附容量呈线性关系(0.6~1.2 V),活性炭电极经恒压充放电循环后动态电吸附容量有一定的衰减,这可能与活性炭的表面官能团有关;4种活性炭对质量分数0.1%的碱金属和碱土金属氯化物吸附性能的比较发现,702#活性炭综合性能最好,对于KC l的吸附容量达27.9 mg/g,对NaC l的吸附容量达19.0 mg/g,对于MgC l2的吸附容量达17.0 mg/g;离子特性影响活性炭的电吸附性能;活性炭的比表面积和孔结构是影响活性炭电吸附性能的两个关键因素,比表面积较大、中孔较丰富的活性炭其电吸附性能更好。     

烘焙预处理对玉米秸秆磷酸法活性炭制备及性能影响

以玉米秸秆为原料,研究烘焙预处理对磷酸法活性炭的制备及性能影响。研究结果表明：烘焙预处理使玉米秸秆碳元素含量和固定碳含量增加而挥发分含量降低,增加热解焦炭质量,且烘焙温度影响强于烘焙时间。烘焙处理使玉米秸秆活性炭比表面积先增加后减小,总孔容和中孔率减小,而微孔率显著增加。烘焙预处理有助于提高活性炭吸附性能,当100 g粒径为154～450μm玉米秸秆颗粒经烘焙预处理,预处理条件为烘焙温度240℃、烘焙时间60 min时,预处理后的玉米秸秆含C 51.32%,固定碳27.64%,灰分4.72%。采用磷酸活化法将预处理后的玉米秸秆制备成活性炭,制备条件为浸渍比1∶4(玉米秸秆与55%磷酸溶液的质量比),浸渍温度140℃,浸渍时间90 min,活化温度400℃,活化时间60 min,此条件下制备的玉米秸秆活性炭比表面积达1 317.05 m²/g,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率分别为876 mg/g、 210 mg/g和100%。     

Preparation of mesoporous activated carbon fibers by catalytic gasification

A commercial activated carbon fiber with micropores, CH700-20 (Kuraray), was reformed to a mesoporous one by catalytic gasification. The catalytic gasification was composed of two steps: CO₂ pretreatment and air oxidation. Cobalt was used as the catalyst and gasification was performed in the temperature range of 500–700 °C. BET surface area and pore volume of catalytically modified carbon fiber were analyzed by N₂ adsorption. BET surface area of the original CH700-20 was 1,711 m²/g, and the mesopore volume percentage was 11.9%. After catalytic gasification, BET surface area was similar to the original CH700-20, while mesopore volume percentage increased up to 56%. The average pore size of mesopores was 3–4 nm in diameter. The average size of mesopores could be controlled with nanometer resolution by varying the temperature and time of activation.     

椰壳基超级电容活性炭的制备及其电化学性能研究

以椰壳炭化料为原料,KOH为活化剂,在不同工艺条件下制备了超级电容器用活性炭电极材料。考察了碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭孔隙结构及其用作电极材料的比电容的影响。结果表明,在KOH与椰壳炭化料质量比为4:1,活化温度800℃,活化时间60 min的条件下,可制得比表面积2891 m²/g,总孔容积1.488 cm³/g,中孔率73.6%,比电容达235 F/g的优质活性炭电极材料。     

稻壳制备活性炭联产二氧化硅工艺

采用物理法将稻壳炭化,炭化料用酸碱处理,固体残渣经高温水蒸汽活化制备活性炭,脱灰液体采用沉淀法制备SiO2. 结果表明,用2.5 mol/L NaOH溶液按液固比10 mL/g脱灰的炭化料所制活性炭比表面积为961.8 m2/g,比不脱灰炭化料所制活性炭增加136%,总孔容积增加103.8%,对碘和亚甲基蓝的吸附容量分别为1270和300 mg/g. 在10% HCl、煅烧温度600℃条件下所制SiO2粒径为40~60 nm,为无定型结构,比表面积达330 m2/g,纯度达99.84%.     

A Study on Superior Mesoporous Activated Carbons for Ultra Power Density Supercapacitor from Biomass Precursors

A kenaf-derived activated carbon (KAC) for a high-power density supercapacitor was developed in this study through phosphoric acid activation. The N₂/77K isothermal adsorption–desorption curve was used to estimate the textural properties of KAC based on BET and BJH and the pore size distribution based on NLDFT. The electrochemical properties of KAC were analyzed by using the coin-type cell applying 1 M SPBBF₄/PC electrolyte, and the specific surface area and total pore volume were 1490–1942 m²/g and 1.18–3.18 cm³/g, respectively. The pore characteristics of KAC varied according to the activation temperature, and most KAC showed a mesoporous structure. As the activation temperature increased, the mesopore volume increased up to 700 °C, then decreased. The mesoporous structure of KAC resulted in a substantial decrease in the Warburg impedance as the ion diffusion resistance decreased. Hence, the specific capacitance of KAC decreased from 82.9 F/g to 59.48 F/g as the charge–discharge rate increased from 1 mA/g to 10 mA/g, with the rate of reduction at approximately 30%. The rate of reduction of KAC’s specific capacitance was 50% lower compared with commercial activated carbon; hence, KAC is a more suitable electrode-active material for high power density supercapacitors.