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活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

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活性炭摻含氮磷酸鹽吸附甲苯
文章作者:韓研網(wǎng)絡(luò)部 更新時間:2019-4-30 16:17:12

  甲苯屬于揮發(fā)性有機化合物能對環(huán)境和生物產(chǎn)生危害,目前有許多技術(shù),如催化氧化,吸附和生物法來去除它,主要選擇活性炭是因為有高效率,成本低,易于再生等優(yōu)秀性能。我們這次通過添加含氮磷酸鹽,包括磷酸銨,聚磷酸銨和磷酸脲,從植物生物質(zhì)制備新型活性炭。我們用三種具有不同磷含量和氮形成的含氮磷酸鹽來制造活性炭。研究了氮添加量對制備的活性炭產(chǎn)率,孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)的影響。最后,評價了制備的活性炭對甲苯吸附行為。

  活性炭摻氮的產(chǎn)量

  活性炭的制作:植物原料在105℃下干燥8小時后,研磨并篩分至200目以下的粒度,然后通過粉碎機以1:1的重量比與每種含氮磷酸鹽混合;旌衔锏臒峤庠诠苤羞M行。爐子在氮氣流動下,加熱至目標溫度并保持1小時。熱解后,將得到的活性炭用活化液洗滌,然后用熱蒸餾水徹底洗滌直至洗滌液的中性pH。干燥后最終可以獲得所需的活性炭。

  活性炭的產(chǎn)量:不同含氮磷酸鹽和在不同溫度下獲得的制備活性炭的產(chǎn)率。原始材料中活性炭的產(chǎn)率在26.5-31.5范圍內(nèi),隨著熱解溫度的升高而略有下降。與原始擦亮相比,含氮磷酸鹽處理的活性炭的產(chǎn)率明顯更高,溫度范圍為500至800°C(超過45%),表明添加含氮磷酸鹽可有效提高活性炭的產(chǎn)量。然而,當熱解溫度升至900℃時,所有經(jīng)含氮磷酸鹽處理的活性炭的產(chǎn)率急劇下降并接近空白樣品。

  活性炭原材料和含氮磷酸鹽之間可能的相互作用

  活性炭制備過程中原材料與含氮磷酸鹽之間可能存在的相互作用,可分為磷路線和氮路線兩個方面,如圖1所示。

  圖1:熱解過程中活性炭原料和含氮磷酸鹽之間可能的反應(yīng)。

  活性炭吸附甲苯的測試方法

  通過固定床反應(yīng)器系統(tǒng)估算制備的活性炭對甲苯吸附行為。使用兩個N 2氣體管線分別由兩個質(zhì)量流量計控制,其中一個通過純甲苯溶液鼓泡以產(chǎn)生甲苯蒸汽,另一個管線用作平衡氣體以保持入口甲苯濃度在600ppmv時,氣體的總流速為400mL min-1。將制備的活性炭填充到玻璃制的固定床(內(nèi)徑:10mm)中,填料高度為20mm。將反應(yīng)溫度控制在30℃,并通過裝有六通閥的分析儀每10分鐘在線監(jiān)測甲苯的出口含量。由穿透曲線的積分計算甲苯吸附容量。

  活性炭吸附甲苯

  活性炭對甲苯的穿透曲線以及吸附容量如圖2所示。沒摻氮的活性炭表現(xiàn)出較差的甲苯吸附性能,吸附容量分別為6.5和8.0mg g-1。與摻氮活性炭相比,添加含氮磷酸鹽的活性炭需要更長的時間才能接近突破并表現(xiàn)出更高的吸附能力。對于在600℃下制備的活性炭,其經(jīng)含氮磷酸鹽處理的活性炭的突破時間為氨磷酸鹽活性炭>磷酸脲活性炭>聚磷酸銨活性炭,其相應(yīng)的體積吸附容量為144.0,104.0和89.8g L-1,質(zhì)量吸附容量分別為296.4,175.9和245.8 mg g-1,分別。與600℃相比,900℃制備的活性炭具有更高的甲苯吸收量,體積吸附容量為122.5-164.5g L -1,質(zhì)量吸附容量為364.1~496.2 mg g-1。值得注意的是,可以看出氨磷酸鹽處理的活性炭具有較高的質(zhì)量吸附能力,而磷酸脲處理的活性炭具有較高的體積吸附能力。這可能歸因于它們不同的堆積密度,氨磷酸鹽具有比磷酸脲更高的堆積密度。

  圖2:活性炭吸附甲苯的穿透曲線。

  在含氮磷酸鹽處理的活性炭的表面上存在一些含N的官能團,這些可能是對甲苯吸附能力的重要因素。一方面,由含氮磷酸鹽產(chǎn)生的NH 3可以在熱解過程中增強活性炭的疏水性,促進其對揮發(fā)性有機化合物的親和力。另一方面,添加氮可以幫助增加活性炭表面上的堿性官能團如吡啶N和吡咯N的含量,這可以顯著提高活性炭的堿度。由于供體-受體機制,活性炭堿度的增加可以增強甲苯的芳環(huán)π電子與碳的相互作用,從而導(dǎo)致更多的甲苯吸收。因此,與其他去除方法相比,活性炭吸附對甲苯的去除率極高,可有效減少反應(yīng)器的體積,從而降低了占地面積。

  結(jié)果表明,以不同的含氮磷酸鹽為添加劑,成功制備了一種新型的氮摻雜活性炭。添加氮顯然可以提高活性炭的產(chǎn)量。所有經(jīng)含氮磷酸鹽處理的活性炭都具有比未添加的活性炭擁有更好的孔結(jié)構(gòu),制備的活性炭具有理想的甲苯吸附性能,其主要原因是活性炭的豐富的多孔結(jié)構(gòu)和N改性的表面化學(xué)。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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