球形沥青活性炭(SPAC)是沥青的高附加值产品之一,其孔隙结构发达,球形结构规整,装填密度均匀,吸附效果较好,机械强度较高,广泛应用于生物医学、军事防护和环境净化等领域。SPAC的制备步骤主要包括沥青的球化、沥青球的不熔化和不熔化沥青球的炭化和活化。不熔化的过程主要通过预氧化实现,该过程极为耗时耗能,成为制约SPAC工业化生产和应用的一个瓶颈。由于可借鉴的资料少,且大部分为技术保密的专利,国内企业很难获得相关技术信息,SPAC的工业生产几乎空白。探索新的SPAC制备工艺,调控SPAC的微观孔结构,分析其吸附性能与孔径结构的对应关系,对于实现高性能SPAC的制备具有重要实际意义。本文以软化点280℃的沥青为原料,采用悬浮法制备沥青球(20-36目),并对其进行预氧化、炭化和活化处理,制备出不同孔结构的SPAC;利用偏光显微镜考察沥青球球形度,扫描电子显微镜(SEM)观察沥青球表面形貌,氮气吸附-脱附技术表征SPAC的孔结构,吸附动力学和吸附等温线评价SPAC的吸附性能；研究SPAC对染料甲基橙和生理小分子肌酐的吸附性能。悬浮法制备沥青球的研究表明：粘度调整剂的用量影响调制沥青颗粒的成球温度,成球温度和搅拌速度影响沥青球的球形度,预氧化的升温速率影响沥青球的表面形貌。粘度调整剂的质量百分比由40%增加到50%时,成球温度由90℃降低到75℃。含45%的粘度调整剂的调制沥青颗粒在悬浮法制备沥青球时,随着成球温度升高,沥青球的球形度亦逐渐提高,但是当成球温度过高时,球形度反而下降,最佳成球温度确定为80℃。含45%的粘度调整剂的调制沥青颗粒在悬浮法制备沥青球时,较低的搅拌速度不利于调制沥青颗粒的分散,球形度较差,随着搅拌速度提高,球形度逐渐提高,当搅拌速度为600 rpm/min时,沥青球的球形结构规整。预氧化升温速率影响预氧化沥青球的表面形貌,预氧化升温速率较低时,预氧化沥青球表面光滑,随着预氧化升温速率提高,预氧化沥青球表面逐渐产生裂纹,因此预氧化过程需要采取较低的升温速率0.5℃/min。以预氧化的沥青球为原料,以CO2为活化剂,采用一步炭化活化法制备SPAC,并通过调整活化温度、活化时间实现对SPAC孔结构的调控。研究表明：当活化时间为2.0 h时,随着活化温度升高,SPAC的得率逐渐降低,比表面积、介孔率、总孔容积和平均孔径均逐渐增大,对甲基橙和肌酐的吸附容量逐渐提高；但是当活化温度升高到950℃时,SPAC的比表面积和总孔容积反而下降,对甲基橙和肌酐的吸附容量也降低,因此900℃的活化温度较为理想；当活化温度为900℃时,随着活化时间延长,SPAC的得率逐渐降低,比表面积、介孔率、总孔容积和平均孔径均逐渐增大,对甲基橙和肌酐的吸附容量也逐渐增大,当活化时间延长到4.0 h时,孔结构参数和吸附性能均呈下降趋势。活化温度为900℃,活化时间为3.0 h时,制备的SPAC的得率为28.02%,比表面积816.92 m2/g,微孔率为50.77%,总孔容积0.55 cm3/g,对甲基橙和肌酐的吸附容量分别为188.87 mg/g和99.34 mg/g。以预氧化的沥青球为原料,KOH为活化剂,浸渍法制备SPAC,并通过调整KOH溶液的质量分数和浸渍时间对SPAC的孔结构进行调控。研究表明,当浸渍时间为1.5 h时,随着KOH溶液质量分数增大,SPAC的得率逐渐降低,孔结构参数和吸附性能均逐渐上升,KOH质量分数为60%较为理想；当KOH质量分数为60%时,随着浸渍时间延长,SPAC的得率逐渐降低,比表面积、总孔容积和平均孔径均逐渐增大,对甲基橙和肌酐的吸附容量逐渐提高；但是当浸渍时间延长到3.0 h时,SPAC的总孔容积、平均孔径以及对甲基橙和肌酐的吸附容量反而降低。KOH质量分数为60%,浸渍时间为3.0 h时,制备的SPAC的得率为10.76%,比表面积1074.64 m2/g,微孔率为86.25%,总孔容积为0.54 cm3/g,对甲基橙和肌酐的吸附容量分别为139.92 mg/g和158.26 mg/g。以CO2活化球形沥青活性炭为吸附剂,染料甲基橙和生理小分子肌酐为吸附质,进行吸附性能研究。研究表明：SPAC的比表面积和介孔含量影响SPAC对甲基橙和肌酐的吸附速度；SPAC的比表面积和总孔容积影响对甲基橙的吸附容量,肌酐的吸附容量则受到SPAC比表面积和微孔容积的影响；SPAC对甲基橙的吸附动力学遵循准二级吸附动力学模型,吸附等温线遵循Langmuir吸附等温线模型,为单分子层的吸附；SPAC对肌酐的吸附动力学遵循准一级吸附动力学模型,吸附等温线遵循Freundlich吸附等温线模型。