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 椰壳活性炭微孔结构

2016/12/10 7:30:59      点击:
 椰壳活性炭微孔结构


   椰壳活性炭是具有高比表面积和发达孔隙结构的炭材料制品,通常它的比表面积为600~1500㎡/g,孔容积为0.2-1.0cm3/g,孔径分布较宽,分别为小于2nm的微孔,2-50nm的中孔和大于50nm的大孔。椰壳活性炭的这种多孔结构使它对多种物质都具有良好的吸附能力,广泛应用于国民经济和人民生活中的各个领域。随着办公和家居空气净化、气体分离、CH4和H2等能源气体储存材料的应用开发,吸附容量大且吸附速度快的椰壳活性炭的研究受到了重视。此类椰壳活性炭孔分布具有高微孔容积和微孔率,同时,具有少量中大孔作为吸附通道,增加吸-脱附速率。因此,通过孔径分布调控技术获得气相专用椰壳活性炭材料是当前椰壳活性炭应用开发重要的趋势。


  目前,椰壳活性炭孔结构调整研究已得的微孔调控方法有模板法、气凝胶法、聚合物混合炭化法。模板法需要用到大量溶剂将模板溶解,成本高,工艺复杂。通过聚合物混合炭化调控椰壳活性炭孔径分布已有报道,主要是将沥青、聚丙烯氰PAN、聚糠醇PFA等与煤混合活化,通过煤和聚合物热解行为不同调控孔径分布,该方法聚合物用量大,成本较高。酚醛树脂是世界上最早人工合成的树脂,不仅生产工艺成熟,价格低廉,而且具有炭化收率高、热塑性好、组分单一、杂质含量低以及易于炭活化和成孔等特点。目前,物理法活化生产商品椰壳椰壳活性炭因缺乏孔径调控,微率孔分布主要在50%左右,在气相吸附应用中有较大的吸附力浪费。在此,本文以商品椰壳椰壳活性炭作为基体,以苯酚和甲醛为原料,HC4为催化剂,在椰壳活性炭孔内原位合成酚醛树脂,并控制炭化条件,利用聚合物热解残炭将原椰壳活性炭内部的中大孔填充以提高微孔比率和微孔容积。


  通过酚醛树脂炭化沉积调控椰壳活性炭微孔结构实验结论:


  1.以商品椰壳椰壳活性炭为基体,在孔隙内原位合成酚醛树脂,于惰性气氛中900℃炭化1h调控椰壳活性炭微孔结构,商品椰壳椰壳活性炭经过酚醛树脂炭化沉积,微孔容积和微孔率均明显增加,而中孔率出现了明显下降,得到微孔分布非常发达的椰壳活性炭。由此,提供了酚醛树脂原位聚合炭化调控商品椰壳活性炭的微孔结构的方法;


  2. XRD分析显示酚醛树脂炭化后转化为结构为部分石墨化结构的炭,这种结构使其具有较好的化学和热稳定性;


  3. FT-IR分析结果显示酚醛树脂在实验温度下炭化,仍保持热化学稳定性好的芳环结构,有利于在孔隙内规整排列;


  4.TG分析表明当温度700~900℃时,线性酚醛树脂已完成炭化,形成结构稳定的微晶炭留在椰壳活性炭孔内。