不同種類粉狀活性炭制備成型活性炭的研究

活性炭具有良好的吸附和催化性能，在污水處理、煙氣凈化等環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用較廣，通過一般的炭化、活化方法生產(chǎn)出的活性炭均為粉狀活性炭，使用、運(yùn)輸較為不便，容易造成粉塵污染，對其應(yīng)用有一定的限制。而成型活性炭具有明顯的優(yōu)勢，易于滿足不同行業(yè)的多種需求，因此，成型活性炭作為新一代的功能吸附材料逐漸得到發(fā)展。成型活性炭作為吸附材料，在傳統(tǒng)的活性炭應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間，而其作為電極材料、天然氣儲存材料、儲氫材料、制冷吸附劑、催化劑載體等新興材料，更是掀起了成型活性炭的研究熱潮。

1、實驗部分

首先將不同種類的活性炭粉碎并篩分出＜100目的顆粒作為原料，稱取不同質(zhì)量的羧甲基纖維素（CMC），溶于過量水中，然后加入粉狀活性炭原料，在室溫下攪拌3h，接著，放置于100℃烘箱內(nèi)烘干呈粘稠狀，取出并于室溫下壓縮成型，型炭于250℃熱處理90min， 即可得到成型活性炭。

粉狀活性炭及成型活性炭的碘值依照美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)D4607-94（2006）中規(guī)定的方法進(jìn)行測定，成型活性炭的強(qiáng)度采用催化劑顆粒強(qiáng)度試驗機(jī)測試，以成型活性炭徑向側(cè)壓所得壓力作為其機(jī)械強(qiáng)度，數(shù)值為三個樣品所測得結(jié)果的算術(shù)平均值。

2、結(jié)果與討論

表1不同粘結(jié)劑加入量對SAC制備成型活性炭的影響

實驗選取三種粉狀活性炭的碘值分別為：GAC：538，CAC：986，SAC：1486。首先以SAC為原料制備成型活性炭，由表1可以看出，粘結(jié)劑CMC的加入，成型活性炭的堆密度比粉狀活性炭有了明顯的增加，而碘值有了一定程度的減小。隨著粘結(jié)劑加入量的增加，成型活性炭的堆密度增加，燒失率增加，強(qiáng)度也增加，但碘值呈現(xiàn)降低的趨勢，這是由于隨粘結(jié)劑添加量的增多，粘結(jié)劑對活性炭孔隙的堵塞趨于嚴(yán)重，所以其碘值降低了。成型活性炭堆密度增加的原因一般可歸于兩個方面：一是壓縮成型后活性炭顆粒間空隙減小，堆密度增加；二是由于添加的粘結(jié)劑的密度大于活性炭密度，粘結(jié)劑添加后，勢必會使成型活性炭堆密度變大。而在本實驗過程中，成型壓力一定，所以實驗結(jié)果中堆密度的增加主要源自于粘接劑用量的增加，而且隨粘結(jié)劑的含量增多，其粘結(jié)性能變得更好，因此其強(qiáng)度也增加，又由于粘結(jié)劑在熱處理時大量分解，因此，隨著其含量的增加，型炭的燒失率增加。

不同種類的粉狀活性炭經(jīng)粘結(jié)成型后，碘值下降的程度也不同。如圖1所示，CMC添加量與活性炭質(zhì)量比分別為0.15：1、0.20：1時，以SAC制備的成型活性炭的碘值均為較大，其次為CAC，而GAC較小。即在相同粘結(jié)劑添加量時，粉狀活性炭碘值越大，所制成型活性炭的碘值也越大。這是由于原料活性炭的孔容越大，其單位體積所含的粘結(jié)劑就越少，堵塞的程度就越小。

由圖2可以看出，在粘結(jié)劑加入比例一定的條件下，所選用的三種活性炭中，GAC的側(cè)壓強(qiáng)度較大，SAC的較小，而CAC則處于中間狀態(tài)，該順序與三種活性炭的孔隙發(fā)達(dá)程度正好一致。這首先是由于活性炭的孔隙越發(fā)達(dá)，其孔容就越大，顆粒密度就越小，單位質(zhì)量活性炭的體積就越大。所以，以單位體積活性炭進(jìn)行衡量時，孔容小的活性炭GAC占有的粘結(jié)劑量相對較多。由于活性炭顆粒的粘結(jié)成型發(fā)生在活性炭的表面上，活性炭單位外表面積占有的粘結(jié)劑越多，粘結(jié)效果就越好。因此在粘結(jié)劑添加量（wt）相同時，活性炭GAC的側(cè)壓強(qiáng)度大于活性炭SAC。另一方面，粘結(jié)劑不僅會包覆在活性炭的外表面，而且也會有部分粘結(jié)劑滲入到活性炭孔隙中，活性炭的孔隙越不發(fā)達(dá)，孔容越小，粘結(jié)劑能滲入到活性炭孔隙中的量就越小，保留在活性炭外表面上的粘結(jié)劑量就越多，故活性炭GAC的孔隙結(jié)構(gòu)較不發(fā)達(dá)，粘結(jié)劑能滲透到活性炭孔隙中的量比其它兩種活性炭的少，相應(yīng)地保留在活性炭外表面上的粘結(jié)劑就多，從而較易達(dá)到較高的側(cè)壓強(qiáng)度。因此，活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)顯著地影響活性炭在膠接時的成型強(qiáng)度。所以，CMC作為粘結(jié)劑，在粘結(jié)劑添加量相同的情況下，原料活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)越發(fā)達(dá)，膠結(jié)成型時的強(qiáng)度就越差。