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蜂窝活性炭制备中黏结剂的选择非常重要

来源:www.pxl8create.com    时间:2018-08-22 11:04    作者:金牟山小编

蜂窝活性炭的制备中,黏结剂的选择非常重要,它能直接影响活性炭的性能,尤其是表面积和机械强度。根据黏结剂的种类不同,可分为有机黏结剂和无机黏结剂两种。

1、有机黏结剂

由于有机黏结剂与碳材料具有同源性,二者具有较好的亲和性,因此对有机黏结剂的研究较多。

和有机黏结剂相比,有机黏结剂经二次炭化和活化,能将含碳物质转化为活性炭的一部分,在一定程度上其炭化物能形成成型体的一部分孔隙结构。因此,利用有机黏结剂制得的蜂窝活性炭的比表面积损失相对较小。根据所需产品的后处理工序不同,有机黏结剂又可分为高温有机黏结剂和低温有机黏结剂。

利用高温有机黏结剂,如煤焦油、酚醛树脂等进行成型时,成型体需经过80℃左右的高温重新炭化和活化处理,并且所制备的蜂窝活性炭的比表面积和机械强度在不同的处理温度下差异性较大。我公司拟利用糠醛渣碳粉为原料,以酚醛树脂、羧甲基纤维素和薪土为黏结剂,制备出蜂窝结构的活性炭,发现随着活化温度的延长,蜂窝活性炭的比表面积增大,类石墨微晶尺寸减小,类石墨有序结构逐渐变得无序,成为乱层石墨结构。

我公司研究了以酚醛树脂为黏结剂的蜂窝结构活性炭的微孔孔容和碳含量的关系,发现以酚醛树脂为黏结剂的活性炭在炭化处理后,其碳含量比以硅酸盐为黏结剂的蜂窝活性炭明显增大,微孔孔容也有增加,适宜的炭化温度为90℃。

利用低温有机黏结剂制备蜂窝活性炭时,蜂窝炭只需在较低的温度下热处理就行(一般在300℃以下),所制得的蜂窝活性炭的比表面积损失和烧失率较小,机械强度也很高。我们以煤基粉末活性炭为原料,分别以羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为黏结剂,通过控制黏结剂和水分的比例,挤出的蜂窝炭经过250℃的热处理,得到机械强度达到7.42Mpa的蜂窝活性炭。但由于其热处理温度较低,在作为催化剂载体时,通常需要经过500℃以上的温度处理,在很大程度上限制其在催化剂载体领域的应用。

除上述黏结剂外,目前研究相对较多的还有有机高分子黏结剂,它在经过炭化后能形成活性炭的炭骨架,增加了活性炭的微孔和比表面积,但常规的高分子经过高温炭化后残碳率较低,一般都需进行改性处理,增加了成本,所以目前该方法在实验室研究的比较多,工业化应用的少很。

也有研究者将腐植酸、木质素、玉米浆、造纸废液等用来作为黏结剂使用,从环保角度上达到了变废物为原料减少污染又增加经济利益的功效,但在制备蜂窝活性炭上还未见报道。因此,制备性能优良的蜂窝活性炭,黏结剂的选择是非常关键,一种好的黏结剂能够使制得的蜂窝炭在吸附性能、强度和成型能力等方面都能达到较好的效果,从这一点上来说,我们仍需进行深入的研究。

蜂窝活性炭制备中黏结剂的选择非常重要

2、无机黏结剂

无机黏结剂在经过高温处理后能以硅酸盐结构的形式存在,这极大地提高了蜂窝活性炭的机械强度,使其在某些领域备受关注。

我公司分别以来源于煤、木材、椰壳、泥煤的粉末状活性炭为原料,以氧化铝或二氧化钛以及一些硅酸盐为黏结剂,经过混捏后挤压成型,热处理后成功制得蜂窝活性炭。通过调整物料的比例和处理条件,所制得的蜂窝活性炭中,最大比表面积达到了732m2/g,相应的机械强度为17.2Mpa,其中最大的机械强度达到了40.6Mpa,对应的比表面积仅仅只有631m2/g。由于无机黏结剂本身含碳量较小,经过炭化和活化处理后,无机类物质大多还是以无机类形态存在,造成成型体的含碳量下降,并使蜂窝炭的微孔数量减少,进而降低了比表面积和微孔孔容。

我公司在实验中证实了这一点,我们以活性炭粉为原料,以硅酸盐为黏结剂,在添加黏结剂量为30wt%时得到的比表面积最大,为621m2/g,此条件下的微孔孔容也最大,为0.155cm3,而原料粉末活性炭的比表面积为919m2/g,其微孔孔容为0.221cm3/g。

与其作对照的用酚醛树脂做黏结剂时,同样的原料制得的蜂窝炭,比表面积最大为662m2/g,其微孔孔容也达到了0.184cm3/g。因此,无机黏结剂不适合用于制备高比表面积的蜂窝活性炭

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