炭-陶復(fù)合多孔吸附材料的研究.pdf

1、將木炭、木屑、粘土等物質(zhì)復(fù)合，采用物理法和化學(xué)法制備出了一種廉價活性炭材料——炭陶復(fù)合多孔吸附材料，具有良好的應(yīng)用前景。研究了炭陶復(fù)合多孔吸附材料的制備及其性能，并利用BET法、(掃描電子顯微鏡)SEM、紅外光譜(FTIR)等測試方法對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，為實現(xiàn)炭陶復(fù)合多孔吸附材料的工業(yè)化提供了理論基礎(chǔ)。 炭陶復(fù)合多孔吸附材料是由粘土與木屑、木炭等木質(zhì)原料混捏形成混合體，并經(jīng)過活化燒結(jié)制得的。在熱處理過程中，木質(zhì)原料轉(zhuǎn)化成木質(zhì)炭化

2、物，體積縮小，與包裹其的陶土(黏土受熱形成)之間形成空隙(主要為大孔)，同時木質(zhì)原料經(jīng)過炭化、活化形成了活性炭，這樣活性炭、陶土就形成了復(fù)合吸附材料中豐富的大孔、中孔、微孔體系。同時，粘土將木屑等木質(zhì)原料包裹，形成了相對封閉的空間，這樣木質(zhì)原料與外界空氣接觸減少，熱處理時其燒失程度降低，因此炭化物得率高。另一方面，粘土中的含鐵等金屬化合物，在較高溫度下會對木炭產(chǎn)生催化活化作用，生成了許多孔隙，最后，對炭陶坯進(jìn)行酸洗、水洗，除去鐵離子時，

3、被鐵離子占據(jù)的空間得以騰出，進(jìn)一步使孔隙增加，這樣使炭陶的孔隙結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)，吸附性能的更好。 通過對物理法制備炭陶復(fù)合多孔吸附材料的過程及性能的表征的研究，得出以下結(jié)論： 1．根據(jù)熱重分析可知，炭陶的制備過程中不是“木炭+粘土”的復(fù)合。在炭陶的制備過程中，木炭和粘土之間有發(fā)生一定的交互反應(yīng)。 2．炭陶復(fù)合吸附材料在制備過程中，炭陶坯樣在活化燒結(jié)過程中主要從兩個方面對木炭起活化作用：二步炭化和粘土中有效成分的催化活

4、化。 3．炭陶復(fù)合吸附材料的吸附性能受炭陶成品中炭的品質(zhì)及含量兩方面的共同作用。 4．結(jié)合孔隙結(jié)構(gòu)的分析得知，炭陶制品在焙燒活化過程中，由于炭的收縮，在炭和粘土之間形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于炭陶制品孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，故塊狀的炭陶制品的吸附性能比粉狀的高。 5．根據(jù)SEM的觀察可以得知，粘土在燒結(jié)之后并沒堵塞木炭(活性炭)的孔隙結(jié)構(gòu)。 6．結(jié)合粘土和炭陶復(fù)合吸附材料的紅外光譜分析可以得知，炭陶復(fù)合吸附材料的表

5、面官能團(tuán)主要為粘土和活性炭的官能團(tuán)的綜合。隨著溫度的升高，羧酸官能團(tuán)基本上消失，出現(xiàn)內(nèi)酯官能團(tuán)，同時，粘土結(jié)構(gòu)的結(jié)晶程度也得到提高。隨著保溫時間的增加，粘土結(jié)構(gòu)的結(jié)晶程度呈現(xiàn)增加的趨勢，活性炭的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)變大，即石墨化程度提高。 7．根據(jù)當(dāng)量炭與活性木炭吸附性能的比較得知，炭陶坯樣在制備過程中，粘土中的一些活性成分對木炭起到催化活化作用，有利于木炭孔隙結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)達(dá)。 8．結(jié)合炭陶復(fù)合吸附材料的再生實驗得知，炭陶制品具

6、有良好的再生能力，吸附飽和的炭陶制品可以經(jīng)過再生進(jìn)行循環(huán)使用，節(jié)約了成本。 通過對化學(xué)法制備炭陶復(fù)合多孔吸附材料的過程及性能的表征的研究，得出以下結(jié)論： 1．氯化鋅法制備炭陶復(fù)合吸附材料主要發(fā)生氯化鋅對木屑的活化和鋅離子與鐵離子的陽離子交換的反應(yīng)的雙重作用的過程。 2．炭陶復(fù)合吸附材料的吸附性能受炭陶成品中炭的品質(zhì)及含量兩方面的共同作用。 3．孔隙結(jié)構(gòu)的分析驗證了，炭陶制品在焙燒活化過程中，由于炭的收縮，

7、在炭和粘土之間形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于炭陶制品孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，故塊狀的炭陶制品的吸附性能比粉狀的高。 4．根據(jù)SEM觀察得知，用氯化鋅制得的炭陶復(fù)合吸附材料，粘土在燒結(jié)之后存在大量的孔隙結(jié)構(gòu)，不堵塞活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，并且在粘土和活性炭接觸的地方形成了發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。 5．結(jié)合紅外光譜分析得知，氯化鋅的存在加快了粘土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的羥基的脫出，并且用氯化鋅法制備的活性炭含有少量的羧酸官能團(tuán)。 6．根據(jù)當(dāng)量炭與活性木炭吸

8、附性能的比較得知，氯化鋅法制備的炭陶復(fù)合吸附材料制得的活性炭的得率比單純氯化鋅法制備的活性炭的得率有很大的提高。并且通過氯化鋅法制備的炭陶復(fù)合吸附材料的活性炭的品質(zhì)比單純氯化鋅法制備的活性炭的品質(zhì)高。 7．結(jié)合炭陶復(fù)合吸附材料的再生實驗得知，氯化鋅法制備的炭陶復(fù)合吸附材料，再生后性能及再生得率的下降并不是很明顯，但再生次數(shù)過多會影響其強(qiáng)度，進(jìn)一步影響其使用，故再生次數(shù)不宜太多。 8．根據(jù)不同化學(xué)藥劑制得的炭陶復(fù)合吸附材料