压力对太西无烟煤制活性炭的炭化和活化过程的影响

摘要：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。

关键词：压力；活性炭；炭化；活化

1． 压力对炭化过程的影响
    在反应压力为0－1．2 MPa时，太西无烟煤炭化产物为hl－TIs，随着反应压力的提高，炭化物的堆比重降低，而碘吸附值则提高，说明在炭化物中形成了更多的孔隙结构，提高炭化压力有利于孔结构的形成在常压和0．6MPa下对炭化压力为常压、0·6和 1·2 MPa时制得的炭化料前8区体进行活化，所得到的活性炭产品分别为一6，Tll，TI3和TIs，TIZ，T14，它们的堆比重和碘吸附值随炭化压力的变化 ，在相同的活化条件下，炭化压力越高．所得活性炭产品的堆比重越低，碘吸附值越高，显然炭化压力炭化产物的堆比重和碘吸油供方大队工尘仆判W水面主的对哈娃地 而分对民统的沃什讨科附值与炭化压力的关系产生了有利的影响，并决定了最终产品具有更为发达的孔隙结构。吸附结果表明，对于炭化压力分别为常压和力均为常压时所得活性炭产品比表面积和孔容明显低于加压炭化产品价．
 
    活性炭的炭化制备过程属于煤的低温热解过程。在热解过程中，煤粒受热逐渐软化熔融形成胶质体，挥发分从内部以鼓泡的形式析出并在表面破裂释放出煤气和焦油，由此形成了固体产物半焦的孔隙结构.现有研究表明，压力对煤的气态和液态热解产物分布存在明显影灯煤粒熔融形成胶质体后内部同时存在两种竞争反应：焦油的析出和半焦的其他产物．随着热解压力的提高，CO2 ，CH4产率提高，乙烷，乙烯、丙烯及 H2产量降低，CO基本不变·一般认为，煤加压热解产物分布不同于常压热解主要是因为压力对挥发分从煤粒内部析出速率影响的结果压力对煤的固态热解产物的性质也存在影响。wu等人在研究压力对澳大利亚烟煤热解的影响时发现，反应压力对于热解所得的焦炭性质影响明显，反应压力越大，焦炭的孔隙率越高．Lee等人在研究炭纤维强炭复合材料的加压炭化过程中发现，炭化压力的提高可以减小炭化产品的孔径．这些结果与本实验相一致．
      在本实验中，可以认为炭化压力的提高对炭化产物具有两方面的影响．一方面，反应压力影响了热解产物的传质过程，延长了挥发分在胶质体中的停留时间并促进了二次反应，比常压热解产生更多的轻质组分，在它们鼓泡至胶质体表面的过程中形成了更多的孔隙结构，引起炭化产物堆比重的降低及碘吸附值和表面积的提高，从而影响了活化产物的性质．另一方面，煤的热解过程是在气液回三相体系中同时进行多
种化学反应的复杂过程，在加压状态下各反应进行程度与常压下不尽相同，也会对炭化产物的性质造成影想。

2． 压力对活化过程的影响
    h6－T10是以太西无烟煤的常压炭化产物作为前驱体，在反应压力为0一1.2 MPa下进行活化得到的活性炭产品，它们的堆比重和碘吸附值与活化压力的关系是：随着活化压力的提高，活性炭产物的堆比重逐渐降低，碘吸附值逐渐提高，同时亚甲蓝吸附值也在逐渐提高，说明加压活化可以形成更多孔隙结构，提高产品的吸附能力对于不同压力下的炭化产物，提高活化压力对所得的活性炭产品的性质也有明显影响。对于分别在常压、0．6和I．2MPa下炭化的炭化料，当活化压力为几6MPa时所得产品（TIs，T12和T14）的堆比重低于常压活化产品相差不大，说明加压活化时活化过程进行得更为彻底，所得活性炭产品孔隙结构更为发达，提高活化反应压力有利于提高产品的吸附对N2吸附表征结果进行比较，发现常压炭化料在活化压力为常压、0．6和 1．2  Mp。时所得活性炭产品的微孔增多，同时提高比表面积·实验表明，当炭化条件相同。高活化压力可。使洛胜炭产品形成更发达的孔隙结构，有利于得到微孔结构更为发达的产品·
    活性炭的气体活化原理与煤的气化原理类似·煤的气化度、粒度和热解过程，活化气体的组成、反应压力、反应温度及加热速率都会影响反应速率和产物组成·与之相比，活性炭的活化过程属于不充分气化，将炭化物前驱体与水蒸气或CO2等活化剂进行吸附一脱附反应，其目的产物不是可燃气体，而是固体炭．在反应过程中，压力能够影响吸附平衡，也能影响气化反应速率，从而导致气化反应产物组成的改变，并影响固体炭产物的性质.
    Schmal等发现在 850－1000℃时提高反应压力会降低H。的产率和CO／CO2的产量比值，而提高CH4的产率．他们还发现，在压力较低时提高反应压力可以加快气化反应速率．与此类似，Milhlen也发现在低压阶段 H2O和 CO2与焦炭的反应速率随压力升高而线性增加，而气化产物CO和H2会对反应的进行产生抑制效应，这说明压力对于反应平衡存在影响．Roberts等人研究了焦炭与O2 CO2和H20在加压下的气化反应，较高压力下生成的气化焦的比表面积大于较低压力下生成的气化焦的比表面积，说明压力对加压活化的固体产物比表面和吸附性能有一定影响．
    本实验中随着活化压力的提高，产物的堆比重降低，碘和亚甲蓝吸附值提高，比表面积和孔容提高，说明提高反应压力促使H2O和炭化物的反应进行得更加彻底，生成了更多的气体产物，从而使得固体产物孔隙结构更为发达，并形成更多的微孔结构．

3 结  论
    (1）反应压力对太西无烟煤制活性炭的炭化和活化过程具有明显影响．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，提高反应压力可以得到比表面积更大、微孔结构更发达的活性炭产

    （2）加压炭化影响了煤热解产物的传质过程，改变了热解反应历程，使得加压炭化产物与常压炭化产物具有不同的性质．提高炭化压力可以降低炭化产物的堆比重，提高其碘吸附值，加压炭化有利于炭化产物形成更发达的孔隙结构．

    （3）在相同的活化条件下，提高炭化压力，能够降低活性炭产品的堆比重，提高碘吸附值和亚甲蓝吸附值，提高BET比表面积和孔容，加压炭化有利于得到微孔更发达的产品．

    （4）加压活化影响了气化剂在炭化物表面的吸附平衡，并影响了气化反应速率，进而影响了活性炭产品的性质．对于相同的炭化物前驱体，活化压力越高，所得活性炭产品的堆比重越低，碘吸附值和亚甲蓝吸附值越高，比表面积和孔容越大，提高活化压力有利于形成更多的微孔结构．