【摘 要】
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活性炭性能优良,被广泛应用于化工、环保、制药、冶金和电极材料等领域,是国民经济发展和日常生活中必不可少的重要物质。磷酸法是唯一被应用于工业的活性炭化学制备方法,其安全性高且工艺流程较成熟,但也存在如制备周期较长、制得的活性炭比表面积不够高等问题。超声能强化原材料与活化剂之间的传质,加速物质交换反应的进程,从而弥补传统磷酸法的不足。而关于超声法制备活性炭的研究及活性炭制备的声化学反应器的研究都比较少
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活性炭性能优良,被广泛应用于化工、环保、制药、冶金和电极材料等领域,是国民经济发展和日常生活中必不可少的重要物质。磷酸法是唯一被应用于工业的活性炭化学制备方法,其安全性高且工艺流程较成熟,但也存在如制备周期较长、制得的活性炭比表面积不够高等问题。超声能强化原材料与活化剂之间的传质,加速物质交换反应的进程,从而弥补传统磷酸法的不足。而关于超声法制备活性炭的研究及活性炭制备的声化学反应器的研究都比较少见。本文以废木屑为原材料,采用超声-磷酸浸渍法制备活性炭,研究了超声时间、超声功率和超声形式等对活性炭制备的影响。发现超声处理使活性炭制备的总浸渍时间节省了约85%,并提高了活性炭的比表面积、孔容、碘吸附值和亚甲基蓝吸附值。通过单因素试验,得到了超声-磷酸法制备活性炭的最优工艺条件:活化温度425°C,浸渍比1.3:1,以及超声组合浸渍——180W的变幅杆式超声处理5min后用44W的槽式超声处理10min。此条件下制得的活性炭比表面积达1507m2/g,与无超声条件下制得的活性炭相比提高了29.13%（340 m2/g）。采用水听器测量法和功率谱分析法对槽式和变幅杆式两种声化学反应器进行声场特性研究,发现两种反应器在木屑与磷酸的混合物中分别营造了一个典型非空化场和一个典型空化场。在两种声场下研究了超声-磷酸法制备活性炭的作用机理,发现超声振动和空化都能促进活性炭的比表面积扩大和孔隙发育;超声振动主要影响活性炭中孔的发育,增大超声振动能量能同时增大活性炭的中孔孔容及中孔分布范围;超声空化主要影响活性炭的微孔孔容,而对微孔分布影响不大;超声空化能量过大会阻碍活性炭孔隙的发展。结合声化学反应器设计理论及前期实验结果,初步设计并制造了可旋转式四棱柱声化学反应器样机。采用铝箔腐蚀法对样机的声场强度和分布进行研究,发现该设计有利于实现大功率均匀声场。最终从功能和结构的角度设计了用于超声-磷酸法制备活性炭的大功率声化学反应器,反应器处理量为236.57L,满足中试规模的要求。
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