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蜂窝活性炭成型工艺的影响因素

导读:蜂窝活性炭成型工艺的影响因素有以下几点: (一)原料种类的影响 不同种类的原料,制备出的蜂窝体的性能差异很大。甚至用相同的原料在不同的条件下制得的产品都差异很大。 利用一种黏结性的赵各庄煤和一种太西无烟煤,成功制备出一系列的具有不同性能的蜂窝活

蜂窝活性炭成型工艺的影响因素有以下几点:

(一)原料种类的影响

不同种类的原料,制备出的蜂窝体的性能差异很大。甚至用相同的原料在不同的条件下制得的产品都差异很大。

利用一种黏结性的赵各庄煤和一种太西无烟煤,成功制备出一系列的具有不同性能的蜂窝活性炭,虽然其比表面积很低(较高399.3m/g),但是提出了一种新的经济性较好的制备蜂窝活性炭的方法。以木质为前驱体制备出的蜂窝体,其比表面积较大,但其机械强度和耐磨性较低。用无烟煤制备的蜂窝活性炭,其比表面积较好,但机械强度和耐磨性不是很理想。当前通常的做法是利用焦炭生产中常利用的配煤技术进行配料,在无烟煤中配入一些焦煤或肥煤来提升蜂窝体的机械强度和耐磨性,但由于焦煤的灰分很高,对所得的蜂窝体的吸附性能的影响很大,因此,掌握其比例是该工艺的关键。

(二)黏结剂的影响

对于采用炭质前驱体进行成型的蜂窝体,如果黏结剂与原料没有同源性,必然会造成蜂窝体炭化、活化的不均匀性,影响热处理的效果,进而影响其比表面积和微孔孔容。如硅酸盐的加入,经过后处理后,硅酸盐虽能作为蜂窝体的骨架存在,保证了其机械强度,但对蜂窝体的比表面积和微孔孔容几乎没有贡献,基本是以杂质的形式存在。煤焦油与煤具有同源性,对蜂窝体各种性能的影响相对要小得多。然而采用活性炭为原料来进行成型时,黏结剂的加入会对孔结构造成一定的影响,而且黏结剂的种类和含量不同,对蜂窝体孔结构的影响也不同。

研究了黏结剂对粉末活性炭不同孔径孔的堵塞情况,发现原料活性炭中孔径越大的孔隙,在胶接过程中堵塞的越严重。黏结剂对微孔的堵塞主要是一种表面或孔口的涂敷作用,对不同孔径的微孔具有相同的涂敷几率。分子量大小不同的黏结剂对活性炭微孔的堵塞情况也不尽相同,黏结剂的分子量越小,其进入微孔的概率就越大,从而微孔的堵塞情况也就越严重。并且黏结剂的用量对蜂窝体的整体性能的影响也比较大,用量太小,则导致蜂窝体不易成型,其机械强度低;用量太大,则会增加后处理的难度,同时会导致其比表面和孔容损失大。因此,可以通过改变后处理条件来使蜂窝体被涂敷的孔重新打开,使其比表面积和微孔孔容的损失较小。

整箱蜂窝活性炭实拍图

(三)水分和成型压力的影响

利用整体式挤出法时,水分和成型压力在一定范围内具有一定的关联性,水分太少,泥料挤出困难,不易成型,并且其挤出的压力较大,其成型体易于开裂,成型体的表面光洁性较差;水分太多,泥料易于成型,挤出的压力较小,但其保型性差,容易在自身重力的作用下变形;成型压力大,由于压力的作用,炭颗粒间距离更小,分子间作用力增加,致使蜂窝体的机械强度相应增加,但对于其微孔和中孔孔容的影响却较小。因此,在成型过程,保持水分稳定和适宜压力是非常关键的控制点。

(四)后处理过程的影响

后处理包括干燥和热处理。干燥是蜂窝体保型性的一个难题,湿的蜂窝体的干燥处理不当,会导致蜂窝体出现裂纹,进而在炭化和活化处理时蜂窝体开裂。本课题组在试验中发现,干燥时间对于温度的控制至关重要,温差过大,蜂窝体受热不均,是形成开裂的主要原因,甚至将湿的蜂窝体置于空气对流量相对较大的位置时,表面都易于开裂。而置于无风的环境下则可避免。蜂窝体的干燥通常采取先自然干燥,待含水率降至一定的量后再进行鼓风干燥。近来研究者发现,用微波干燥蜂窝体能起到较好的效果,利用微波干燥,能使蜂窝体内外受热均匀,蜂窝体不会因为受热不均出现裂纹等现象,并且微波干燥效率高,自然风干需80h以上才能使含水率降至低于2%, 而用功率为800W的微波干燥只需干燥1min, 其含水率就能从28%降至2%。大量的研究也发现,热处理条件的确定和黏结剂的选择有关,选用的黏结剂不同,热处理温度也不同,如选用煤焦油、酚醛树脂等作为黏结剂,其热处理温度需800℃以上,才能部分烧失黏结剂; 而采用羧甲基纤维素(CMC) 、聚乙烯醇(PVA) 和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等作为黏结剂时,热处理温度只需250℃,且这些低温黏结剂的热处理温度过高时,会导致型炭的机械性能降低。因此,根据黏结剂的种类来选择合适的热处理温度,能使比表面积和孔容损失较小;而对于使用粉末活性炭为原料成型时,为了将涂敷的孔道打开和增加新的孔,需在热处理时进行二次活化,二次活化的时间选择对于蜂窝炭的机械强度影响较大,活化时间太长,则其机械强度较低,活化时间太短,无法达到开孔的作用,使得其比表面积损失较大。有研究表明,成型活性炭的机械强度和大孔、中孔的孔容有一定的关系,大孔和中孔的所占比例增加会导致型炭机械强度的降低。

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