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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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针对SO2脱除的煤基活性炭结构及表面优化调控

DOI:

10. 13225 / j. cnki. jccs. 2018. 0767

作者(Author):

  • 于馨凝
  • 林国鑫
  • 刘少俊
  • 郑成航
  • 高翔

作者单位:

  • 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室
  • 重庆大学 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室

关键词:

  • 活性炭
  • 响应曲面法
  • 孔结构
  • 官能团
  • SO2吸附
  • 摘要
  • 论文图表
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以神华褐煤为原料,ZnCl2为活化剂,采用化学活化法制备煤基活性炭,并通过NaOH溶液改性调控活性炭表面的化学官能团,进行烟气中SO2吸附的研究。利用扫描电镜观察活性炭的表观形貌,利用低温N2吸附法表征活性炭的比表面积及孔隙结构,利用红外光谱和Boehm滴定法考察活性炭的表面化学官能团。基于响应曲面法(RSM),对煤基活性炭的制备工艺参数进行了详细探究,建立了炭化温度、炭化时间、升温速率对活性炭比表面积的预测模型。通过响应曲面法得到的煤基活性炭制备实验优化工艺条件为:炭化温度700 ℃,升温速率15 ℃/min,炭化时间3 h。得到活性炭的BET比表面积为599 m2/g,微孔比表面积为269 m2/g。考察NaOH溶液浓度对煤基活性炭的孔隙结构、表面化学官能团及SO2吸附量的影响机制。结果表明,NaOH改性后活性炭的表面更加凹凸不平,孔结构被剧烈破坏,活性炭的孔径主要分布在0.5-0.6,0.7-0.9和1.0-4.0 nm范围。在20%NaOH浓度改性时,活性炭具有最高的比表面积(681 m2/g)和微孔比表面积(292 m2/g)。说明低浓度的碱处理对活性炭有扩孔的效果,而碱浓度过高会导致孔结构破坏,比表面积和孔容下降。随着NaOH浓度的增加,活性炭表面的羧基、羟基等酸性基团的含量下降,而羰基等碱性基团的含量则明显增加。30%NaOH浓度处理样品的碱性基团含量最高,可达到0.557 mmol/g。进一步对活性炭的微孔比表面积、碱性官能团含量与SO2吸附量的相关性进行分析,发现SO2吸附量与微孔比表面积和碱性官能团含量都呈现正线性相关关系,且碱性官能团含量的相关性高于微孔比表面积。因此,表面碱性官能团和微孔结构有利于SO2在活性炭表面的吸附。

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