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煤質(zhì)活性炭與木質(zhì)活性炭性能有何本質(zhì)差異?

來源:韓研活性炭網(wǎng) 作者:韓研活性炭網(wǎng) 2015-10-15

煤質(zhì)活性炭與木質(zhì)活性炭性能差異的本質(zhì)原因,從研發(fā)活性炭實(shí)踐數(shù)據(jù)了解到,果殼、椰殼類的原料所生產(chǎn)的活性炭,孔隙均勻,硬度高,抗磨性好,微孔容積極大,比表面積高達(dá)1500/g以上。而且對于木質(zhì)原料,無論是化學(xué)活化工藝還是水蒸氣活化方法,均勻得到高吸附性能的微孔炭。而煤質(zhì)活性炭中,除了極少以泥炭(結(jié)構(gòu)上與木質(zhì)原料相似)為原料制備的活性炭具有較高的比表面積外,煤質(zhì)活性炭的吸附性能普遍低于木質(zhì)活性炭

煤質(zhì)活性炭與木質(zhì)活性炭性能有何本質(zhì)差異?

造成這種差別的原因首先是煤和木質(zhì)原料在結(jié)構(gòu)上的差異。隨變質(zhì)程度的不同,從褐煤到無煙煤,含有由少到多的芳環(huán)數(shù),結(jié)構(gòu)越來越致密、有序,尤其是高質(zhì)程度的無煙煤,結(jié)構(gòu)序理大大增加,已接近三度空間的有序結(jié)構(gòu)。木質(zhì)原料主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,結(jié)構(gòu)上含有較多的氧,如纖維素分子的重復(fù)單元中含有相當(dāng)于5個水分子的H和0,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是石墨結(jié)構(gòu),甚至連石墨的基本結(jié)構(gòu)—芳環(huán)尚未形成。

木質(zhì)原料和煤在炭化過程中的差別更強(qiáng)化了它們在結(jié)構(gòu)上、進(jìn)而在活性炭產(chǎn)品吸附性能上的差別。

如前所述,煤質(zhì)活性炭的煤在炭化時一般形成液相,有利于中間相的生成和發(fā)育,使微晶的擇優(yōu)取向成為可能,易于生成易石墨化、各向異性的炭素前驅(qū)體,這就決定了以后的生成的活性炭性能低劣。無煙煤盡管在炭化時不生成液相,但在炭化前就已是各向異性的結(jié)構(gòu),因此炭化后呈易石墨化結(jié)構(gòu)也是意料之中的。

木質(zhì)原料的炭化是典型的固相炭化,炭化料可保持原料的無定形結(jié)構(gòu)特征,生成各向同性的難石墨化的炭素前驅(qū)體。韓研活性炭廠生產(chǎn)技術(shù)員和工程師等人研究了纖維素的炭化過程,該過程中的化學(xué)轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了四個階段:

a.物理吸附水脫除階段(25一1500℃)。

b.分子結(jié)構(gòu)的變化不是在分子間進(jìn)行。

c.通過自由基反應(yīng),纖維素環(huán)脫水(150一2400℃ )(且脫水基本是在分子內(nèi)而,酉己糖熱裂解,伴隨C-。和C-C鍵斷裂,產(chǎn)生C0, COZ ,和四碳原子基團(tuán)等(240一400℃以上)。

d.芳構(gòu)化并形成基本微晶(400℃以上)。

X射線分析表明,在炭化的第二階段以前,纖維素的基本結(jié)構(gòu)維持不變,而從第三階段以后,就已表現(xiàn)出完全無定形的結(jié)構(gòu)。半纖維素、木質(zhì)素也是木質(zhì)原料的主要成分,它們和纖維素一樣,在分子結(jié)構(gòu)內(nèi)結(jié)合有氧原子,炭化時也不軟化,經(jīng)固相炭化后生成以無定形炭結(jié)構(gòu)為主的炭化物。

因此,與煤的結(jié)構(gòu)和炭化過程均不同,木質(zhì)原料特有的結(jié)構(gòu)以及固相炭化過程,生成了難石墨化的炭素前驅(qū)體,再經(jīng)進(jìn)一步的固相破壞(活化)過程,可生成性能極優(yōu)的活性炭。這從根本上解釋了煤質(zhì)活性炭與木質(zhì)活性炭性能上的差異。(來源:廣州韓研活性炭網(wǎng))


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