纳米铁催化活化调节煤基活性炭孔结构及机制研究
刘娟1
姚鑫1
庄林生2
吴迪1
张建奎1
王涛1
苏显锐1
朱文志1
1.合肥工业大学化学与化工学院,安徽宣城 2420002.宁夏翔泰新材料科技有限公司 宁夏石嘴山 753000
摘要：催化活化法调节活性炭孔结构的效果受催化剂分散状态的影响.本文分别采用球磨法、离子交换法和纳米颗粒原位合成法将Fe系化合物引入煤粉,经压块、炭化、CO2活化制备活性炭;利用热重分析仪模拟煤的炭化过程和炭化料的活化过程,采用X射线衍射仪表征炭化料和活性炭的微晶结构、鉴别Fe系物质的存在形式,采用高分辨透射电子显微镜分析Fe系添加剂分布状态和对孔结构发育的影响,采用低温 N2吸脱附表征了活性炭的孔结构,并测试了活性炭的亚甲蓝值和焦糖脱色率.结果表明:离子交换法对炭化料的活化反应性影响较小,但显著提高了活性炭的比表面积和微孔孔容,分别由对比样的890.96 m2/g和0.269 cm3/g提升至1 071.17 m2/g和0.323 cm3/g,平均孔径由2.19 nm降低至1.40 nm;球磨法和原位合成法向活性炭中引入了 30～40 nm的Fe3O4纳米颗粒,加速了活化反应,显著提高了中孔孔容和中孔率,其中原位合成法的Fe3O4纳米颗粒分布更加均匀,中孔孔容达到了 0.513 cm3/g;3种方法制备的活性炭吸附性能都达到了较高水平,其中采用离子交换法、微孔强化的活性炭亚甲蓝值达到287.98 mg/g,而球磨法和原位合成法制备的活性炭焦糖脱色率达到了 96％以上;上述3种方法均能向低阶烟煤中引入Fe元素,Fe元素在炭化活化过程中均遵循Fen+→Fe→Fe3O4转变历程,且活化气体CO2优先在Fe系颗粒周围发生选择性氧化反应.纳米颗粒分散状态的Fe可在一定程度上调控活性炭的孔结构.
关键词：活性炭孔结构催化活化铁纳米颗粒焦糖脱色率
分类号：TQ53(煤化学及煤的加工利用)TK114(热能、热力工程)
资助基金：宁夏回族自治区重点研发计划资助项目(2021BEE02012)
论文发表日期：2023-07-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 822-830 )
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