不同种类粉状活性炭制备成型活性炭的研究

不同种类粉状活性炭制备成型活性炭的研究

活性炭具有良好的吸附和催化性能，在污水处理、烟气净化等环保领域应用较广，通过一般的炭化、活化方法生产出的活性炭均为粉状活性炭，使用、运输较为不便，容易造成粉尘污染，对其应用有一定的限制。而成型活性炭具有明显的优势，易于满足不同行业的多种需求，因此，成型活性炭作为新一代的功能吸附材料逐渐得到发展。成型活性炭作为吸附材料，在传统的活性炭应用领域具有广阔的应用空间，而其作为电极材料、天然气储存材料、储氢材料、制冷吸附剂、催化剂载体等新兴材料，更是掀起了成型活性炭的研究热潮。

1、实验部分

首先将不同种类的活性炭粉碎并筛分出＜100目的颗粒作为原料，称取不同质量的羧甲基纤维素（CMC），溶于过量水中，然后加入粉状活性炭原料，在室温下搅拌3h，接着，放置于100℃烘箱内烘干呈粘稠状，取出并于室温下压缩成型，型炭于250℃热处理90min， 即可得到成型活性炭。

粉状活性炭及成型活性炭的碘值依照美国ASTM标准D4607-94（2006）中规定的方法进行测定，成型活性炭的强度采用催化剂颗粒强度试验机测试，以成型活性炭径向侧压所得压力作为其机械强度，数值为三个样品所测得结果的算术平均值。

2、结果与讨论

表1不同粘结剂加入量对SAC制备成型活性炭的影响

实验选取三种粉状活性炭的碘值分别为：GAC：538，CAC：986，SAC：1486。首先以SAC为原料制备成型活性炭，由表1可以看出，粘结剂CMC的加入，成型活性炭的堆密度比粉状活性炭有了明显的增加，而碘值有了一定程度的减小。随着粘结剂加入量的增加，成型活性炭的堆密度增加，烧失率增加，强度也增加，但碘值呈现降低的趋势，这是由于随粘结剂添加量的增多，粘结剂对活性炭孔隙的堵塞趋于严重，所以其碘值降低了。成型活性炭堆密度增加的原因一般可归于两个方面：一是压缩成型后活性炭颗粒间空隙减小，堆密度增加；二是由于添加的粘结剂的密度大于活性炭密度，粘结剂添加后，势必会使成型活性炭堆密度变大。而在本实验过程中，成型压力一定，所以实验结果中堆密度的增加主要源自于粘接剂用量的增加，而且随粘结剂的含量增多，其粘结性能变得更好，因此其强度也增加，又由于粘结剂在热处理时大量分解，因此，随着其含量的增加，型炭的烧失率增加。

不同种类的粉状活性炭经粘结成型后，碘值下降的程度也不同。如图1所示，CMC添加量与活性炭质量比分别为0.15：1、0.20：1时，以SAC制备的成型活性炭的碘值均为较大，其次为CAC，而GAC较小。即在相同粘结剂添加量时，粉状活性炭碘值越大，所制成型活性炭的碘值也越大。这是由于原料活性炭的孔容越大，其单位体积所含的粘结剂就越少，堵塞的程度就越小。

由图2可以看出，在粘结剂加入比例一定的条件下，所选用的三种活性炭中，GAC的侧压强度较大，SAC的较小，而CAC则处于中间状态，该顺序与三种活性炭的孔隙发达程度正好一致。这首先是由于活性炭的孔隙越发达，其孔容就越大，颗粒密度就越小，单位质量活性炭的体积就越大。所以，以单位体积活性炭进行衡量时，孔容小的活性炭GAC占有的粘结剂量相对较多。由于活性炭颗粒的粘结成型发生在活性炭的表面上，活性炭单位外表面积占有的粘结剂越多，粘结效果就越好。因此在粘结剂添加量（wt）相同时，活性炭GAC的侧压强度大于活性炭SAC。另一方面，粘结剂不仅会包覆在活性炭的外表面，而且也会有部分粘结剂渗入到活性炭孔隙中，活性炭的孔隙越不发达，孔容越小，粘结剂能渗入到活性炭孔隙中的量就越小，保留在活性炭外表面上的粘结剂量就越多，故活性炭GAC的孔隙结构较不发达，粘结剂能渗透到活性炭孔隙中的量比其它两种活性炭的少，相应地保留在活性炭外表面上的粘结剂就多，从而较易达到较高的侧压强度。因此，活性炭的孔隙结构显著地影响活性炭在胶接时的成型强度。所以，CMC作为粘结剂，在粘结剂添加量相同的情况下，原料活性炭的孔隙结构越发达，胶结成型时的强度就越差。