论文部分内容阅读
炭分子筛(CMS)具有丰富的微孔孔容、均一化的孔隙结构及良好的化学稳定性,可用于气体的分离与提纯、除杂净化、催化剂及催化载体等方面,在工业水处理、石油化学工业及环境保护等领域得到了广泛的应用。煤作为固定碳含量较高且富含有机质的碳源,在CMS的制备和应用方面的研究开始己久,但一直受制于产品的质量和性能。因此,研发高品质煤基炭分子筛产品是解决我国炭分子筛行业现存问题的当务之急。本文选用变质程度较高的无烟煤和烟煤为炭质原料制备煤基炭分子筛。分别对无烟煤和烟煤进行了原料分析,并且重点研究了无烟煤的热解反应过程,得到了制备CMS的热处理温度范围。以此为基础,通过研究煤原料在炭化、活化过程中的部分工艺参数,探讨了煤原料的粒度、是否活化处理、活化温度等变量以及活化剂类别、煤种类对CMS结构和吸附性能的影响；同时也制备了无烟煤的成型炭分子筛,并对其结构和吸附性能进行了表征。主要的研究成果如下：·(1)无烟煤的灰分和挥发分含量较低,固定碳含量较高,适宜于制备煤基炭分子筛。无烟煤的热解反应主要发生在500～1000℃,在650℃和800℃附近有两个比较集中的气体释放温度范围。烟煤虽然其灰分含量较大,固定碳含量相对较低,但其挥发分含量高,适合于制备煤基炭分子筛。烟煤的热解反应主要发生在500～900℃,在500℃和750℃附近有两个比较集中的气体释放温度范围。煤的炭化分两个阶段即初始炭化温度为600℃、炭化终温为800℃时,保温较长的时间可使煤原料中的挥发分尽量逸出,有利于造孔及后续的活化。(2)煤在热解过程中释放的主要气体有H2、CH4、CO2和SO2,来源主要是煤中脂胁烃或芳香烃上的CH3、-CH2、-CH、C＝C等有机基团的受热分解。(3)煤粉的粒度越小,制备CMS时的烧失量越高,所制CMS对甲基橙的吸附性能越好。活化温度对原煤的烧失量、CMS的孔隙率及吸附性能都有重要影响。采用CO2进行物理活化时,随着活化温度的升高,烧失量逐渐增大,所得CMS样品对MO的吸附性能逐渐变好。以烟煤为原料制备CMS时,烧失量和所制CMS对MO的吸附率均高于以无烟煤为原料时。(4)以无烟煤为主要炭质原料,丙烯酰胺为粘结剂,CO2为活化剂制备出成型炭分子筛,其比表面积达到了195.92m2/g,其中微孔表面积占总比表面积的87.5%,微孔孔容占总孔容的85.2%,显示CMS的孔以微孔为主。(5)以无烟煤为碳源、KOH为化学活化剂且质量比为1：1时,所制CMS孔结构发达,对MO的吸附性能较好。随着活化温度的逐步升高,CMS对MO的吸附率呈现先逐步增大,后又降低的趋势,900℃活化、保温1h时的吸附性能最佳。