褐煤与石莼共热解制备活性炭及其吸附性能研究

作     者：刘靖 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何选明

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：印尼褐煤 石莼 共热解 活性炭 吸附性能 吸附机理 

摘      要：我国低阶煤储量占煤炭总储量的一半以上,资源量丰富。褐煤的煤化度低、热值高、水分高,是一种典型的低品质煤,直接利用效率低,将褐煤与生物质通过共热解方式利用成为国内外褐煤研究热点之一。但大量的热解半焦如不能有效利用,不仅浪费资源而且污染环境。活性炭具有比表面积大、表面官能团多等特点,广泛应用于吸附、储能等领域。将低成本的热解半焦通过活化制备得到高附加值的活性炭,有望大幅度提高褐煤和生物质资源的利用效率。本试验选用褐煤和石莼作为热解原料,在一定工艺条件下进行热解并对固态热解产物进行活化。对热解产物进行GC-MS、FTIR、SEM、TGA等表征并分析,探究共热解过程中的协调作用,优化热解工艺。以活性炭的亚甲基蓝吸附值、碘吸附值为吸附性能指标,探究活化时间、活化温度、碱炭比(KOH与半焦质量比)等活化条件对活性炭吸附性能的影响,采用单因素试验和响应面法优化两种活性炭制备工艺。两种活性炭进行SEM分析、FTIR分析和比表面积分析,并探究两种活性炭吸印染废水附机理(等温吸附模型、吸附动力学模型)。在本研究的实验条件下,得出了研究结论:(1)当石莼掺混质量分数为30%时,热解油产率达到最大值14.03%,较单一褐煤热解时热解油产率提高了57.59%,热解油GC-MS和原料热重分析结果也均发现共热解过程存在协同效应。(2)单因素试验和响应面BBD法优化工艺条件,并得到褐煤-石莼基活性炭最佳制备工艺条件为:碱炭比为2.95、活化时间为59.09min、活化温度为812.90℃;该条件下的理论亚甲基蓝吸附值为710.98 mg/g、碘吸附值为1724.1mg/g;其BET比表面积高达1519.3m/g,微孔孔隙结构发达。(3)石莼基活性炭最佳制备工艺条件为:碱炭比为2.99、活化时间为44.47min、活化温度为809.91℃;该条件下的理论亚甲基蓝吸附值为931.38 mg/g、碘吸附值为1843.11mg/g;其BET比表面积为2616.3m2/g,为微/中孔复合结构。(4)两种活性炭表面含有丰富的羟基等官能团,两种活性炭的吸附印染废水机理模型均最符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。