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煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(10)  

2017-11-20 16:59:48|  分类: 活性炭产业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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编写:吉建斌(2004年)

含3?10%Ni的活性炭可作乙烯低压聚合反应的催化剂;载Co的活性炭被用来催化由乙烯二聚合成丁烯的反应;某种浸碱炭可用作由乙炔和氢氰酸合成丙烯腈反应的催化剂;长期以来,担载氯化铁的活性炭被用作由四氯化碳和氢氟酸制备氟得利昂的催化剂,等等。

2、尚处于实验室阶段的活性炭基催化剂及其应用领域

经对近十年的有关文献查阅和统计,目前尚处于实验室阶段的炭基催化剂大致有20多种,具体统计结果见表7。

表7

煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(10) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客 
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四、其它应用【11】

1、天然气的吸附存贮

由于以汽油为燃料的汽车排气成分中含大量的NOx、CO、HC化合物及SOx,这些污染物已构成对人类生存环境最具威胁性的物质,据统计分析,城市大气污染物总量中,约有70?80%是由汽油发动机排气贡献的。另外,由于全球性石油资源紧张的状况会一直持续并日益加重,迫使主要发达国家发展以液化天然气(LNG)为燃料的汽车工业。目前美国、俄罗斯、新西兰、加拿大、日本及中国已有超过100万辆的汽车使用天然气为燃料。

使用压缩天然气做燃料的汽车(CNGV),每台需装备数只充填着19.6MPa液化天然气的容积为47L的钢瓶,由于耐高压的钢瓶和调压阀非常重,实际上会造成无谓的载重量上升和过多的燃料消耗,更重要的,充填高压燃气的钢瓶危险性很大,一量出现严重车祸而引起钢瓶爆炸,将会引发一场不小的灾难。在这种情势下,迫使世界各国的研究人员寻求低压的、低危险性的天然气贮存方法。吸附贮存法就是在这种背景下提出的。

1983年,Golovoy通过对比研究表明活性炭是众多吸附剂中最适宜此一用途的吸附剂;1984年Remick经实验研究,推荐采用高比表面积活性炭进行天然气贮存;1990年,Gubbins等人的研究结果表明,当活性炭的孔隙宽度是甲烷分子直径的2.5?3.5倍即0.96?1.34nm时,单位体积活性炭的甲烷吸附量达最大值,约9mmol/mL,对应的活性炭总表面积为2620m2/g(对应的氮吸附法比表面积值在3000?3600m2/g范围内);使用高比表面积活性炭吸附存贮天然气时,钢瓶压力可降至3.5MPa以下,钢瓶的重量和危险性已大大降低,迄今为止,进一步降低存贮压力的努力仍未停止,研究人员的目标是将存贮压力降至0.98MPa。

关于高比表面积活性炭的制造,目前成熟的技术是将石油沥青或煤沥青或高品级无烟煤与固体KOH按1:4重量比混合后制粉,于300?500脱水,600?800活化,冷却后充分水洗,可制得比表面积高达3000m2/g的粉状活性炭。目前这种产品已在美国的Anderson公司和日本的关西热化学株式会社得以商业化生产,我国也计划在江苏扬州建立中型规模的试验工厂。日本关西热化学株式会社的高比表面积活性炭商品名为Maxsorb,其主要技术性能见表8。

表8 Maxsorb高比表面积活性炭的技术性能

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最近的研究表明,当采用2%的热塑性树脂作粘结剂使高比表面积粉末炭加压成型后,单位容积的甲烷吸附量比未成型的原粉末炭增加42%;当采用适当的无机或有机粘结剂时,压缩成型或热压成型后的高密度成型物除去粘结剂后仍达到0.4?0.5g/mL,且单位容积的甲烷吸附量提高30?40%。用于天然气存贮的高表面积成型活性炭以圆片状为宜,只有成型炭才是适用的,粉末炭会造成使用困难。

上述高表面积活性炭不仅可用于天然气存贮,还可用于沼气的存贮;不仅可用于以天然气为燃料的汽车,还可用于居民的燃气系统。

2、在电子产品中的应用

(1)用于双层电容器的固体活性炭材料

采用高比表面积的高纯粉状活性炭为原料,用酚醛树脂为粘结剂,成型、煅烧制成固体活性炭,用于双层电容器的极板。已商业化的双层电容器用固体活性炭的性质见表9,活性炭材料的性质与电容器特性的相关关系见表10。

表9

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表 10

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(2)空气锌电池用活性炭

空气锌电池的负极用锌,正极用空气,活性炭用作把正极的空气吸取到电池体系内的材料。活性炭比表面积200?1200m2/g。

3、煤质活性炭在土壤污染治理中的应用

由工矿企业生产活动造成局部土壤污染的事件时有发生,土壤污染造成的继发性事故后果是严重的,会造成有毒农作物(继而引发有毒食用动物)、地下水及地表水源污染,并通过食物链传递作用最终对周围居民构成健康威胁。据日本研究人员统计,主要污染土壤的行业有化学工业、金属制品制造业、电器产品加工制造业及洗涤业,污染物质大多是镉、铅、六价铬及汞等重金属类物质,三氯乙烯及四氯乙烯等挥发性有机氯类化合物。

目前常用的污染土壤的修复技术有四种,且都需使用活性炭做为最后的吸附、吸持剂。

(1)洗涤法修复技术。挖出被污染的土壤,经洗涤、筛选、比重法分离、旋液分离进行洗涤分级,通过把受污土壤分离成单一粒度分布的方法,把污染物浓缩到容积更小的土壤中,然后用脱水机将土壤与液体(通常为水)分离,转移至液相的污染物最终被活性炭吸附处理。

(2)热处理修复技术。用回转炉加热受污土壤,将污染物转移到气相中,含污气体冷凝处理得到含污浓缩液,再经混凝沉淀、过滤、活性炭处理。

(3)水蒸汽法修复技术。用高温水蒸汽加热受污土壤,并将污染物带离土壤,之后冷却得到含污废水,混凝沉淀、过滤、活性炭处理。

(4)BCD法修复技术。针对多氯联苯类难挥发性有机氯化物的修复技术。向受污土壤中加入碳酸氢钠,于反应器中使污染分子发生裂解变成小分子易挥发物而进入气相,再冷凝为液体,最终用活性炭吸附处理。

除了上述用途之外,煤质活性炭还可用作气相采样器的气体吸持剂 ,香烟滤咀中充填的用来脱除烟焦油等有害物的过滤材料,以及用作可用于特殊场合、抗运输振动的、不碎裂的保温装置中的保温材料,等。

由上述论述可知,煤质活性炭是一种具有多种用途的、潜力巨大的多功能性吸附材料,其应用领域还在进一步的发展过程中。

参考文献

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吉建斌(先生):18603463183,jzhx928@163.com

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