煤質(zhì)柱狀活性炭微觀結(jié)構(gòu)的檢驗
煤質(zhì)柱狀活性炭的微觀結(jié)構(gòu)表征包括比表面積，孔容積（分微孔容積、中孔容積、大孔容積等，有時更細分為細微孔、此微孔、細中孔、粗中孔等）平均空隙直徑、最可幾直徑等。
我國的國家標(biāo)準中規(guī)定了孔容積和比表面積的測定方法，美國和日本標(biāo)準中則沒有對應(yīng)得規(guī)定。迄今為止，世界各國都未能拿出一套可用于表征煤質(zhì)柱狀活性炭微觀結(jié)構(gòu)的、能令大多數(shù)人信服的標(biāo)準試驗方法。
目前大多采用全自動吸附儀，采用液氮靜態(tài)吸附方法來表征煤質(zhì)柱狀活性炭的微觀結(jié)構(gòu)，但由于選用的儀器及數(shù)據(jù)處理方法的差異，檢測結(jié)果差距較大，一般誤差在10左右。
1、比表面積：比表面及孔結(jié)構(gòu)在比表面開始測試前對煤質(zhì)柱狀活性炭進行加熱真空脫附處理，在—196℃液氮溫度下吸附氮氣，測試氮氣吸附等溫線，利用BET方程，根據(jù)單分子層吸附量和吸附質(zhì)分子截面積，計算煤質(zhì)柱狀活性炭的比表面積；由相對壓力為0.98時的氮吸附值換算成液氮體積得到總孔體積，由Dubimin-Astakhov計算微孔表面積和微孔體積，由總孔體積減去微孔體積得到中孔體積，由H-K（Horvath-Kawazoe）模型及密度函數(shù)理論（Dengsityfunctionaltheory）計算平均孔徑及其分布。
比表面積是表征煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能的主要指標(biāo)，這一指標(biāo)解釋了煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)生吸附的原因，是人們加深了對吸附現(xiàn)象本質(zhì)的認識，在煤質(zhì)柱狀活性炭及吸附材料的研究中，這種檢測指標(biāo)應(yīng)用得較多，但由于檢測儀器設(shè)備比較復(fù)雜，而且價格昂貴，因此在煤質(zhì)柱狀活性炭生產(chǎn)中應(yīng)用的比較少。
2、孔容積：孔容積通過測定顆粒煤質(zhì)柱狀活性炭的真密度、顆粒密度來計算孔容積。其測定方法有真密度法、汞置換法和氮吸附法等，各種方法測定的孔容略有不同，在報出測試結(jié)果時應(yīng)標(biāo)注檢測方法。
孔容積也是表征煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能的重要指標(biāo)，經(jīng)常使用的孔容積測試方法有氮吸附法，一般在測試比表面時可同時計算出孔容積，孔容積和煤質(zhì)柱狀活性炭裝填密度密切相關(guān)，和裝填密度指標(biāo)成反比。
煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用模擬評價檢驗
世界上主要國家的煤質(zhì)柱狀活性炭標(biāo)準檢驗方法中，只有美國和一些煤質(zhì)柱狀活性炭大公司的企業(yè)標(biāo)準中規(guī)定了煤質(zhì)柱狀活性炭氣相和液相應(yīng)用的原則性、指導(dǎo)性測定方法，這些檢測標(biāo)準雖然大大擴展了可檢測的吸附質(zhì)數(shù)量，也對應(yīng)用領(lǐng)域選用煤質(zhì)柱狀活性炭品種有幫助，但由于這些方法僅對單組分吸附質(zhì)適用，而在煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用實踐中，吸附質(zhì)幾乎沒有單獨存在的可能性，煤質(zhì)柱狀活性炭總是會面對多種物質(zhì)組成的混合物，這些物質(zhì)在煤質(zhì)柱狀活性炭上不可避免的發(fā)生競爭吸附，競爭吸附的發(fā)生必然導(dǎo)致目標(biāo)吸附質(zhì)的吸附量的改變，從而導(dǎo)致實際應(yīng)用效果偏離實驗室檢驗結(jié)果，有時這種偏離會非常嚴重。
為了準確評價煤質(zhì)柱狀活性炭在實際應(yīng)用中的使用效果，需進行實驗室模擬吸附試驗，這種模擬大多采用動態(tài)試驗方法來進行。對于液相模擬吸附試驗，一般采用吸附柱方法，使用待處理工作態(tài)原液，有時根據(jù)相液中已知的主要成分進行配液，選擇不同的工藝條件進行試驗，然后進數(shù)據(jù)處理得到最佳工藝條件，用于指導(dǎo)煤質(zhì)柱狀活性炭的實際應(yīng)用。
對于氣相模擬吸附試驗，情況較為復(fù)雜。當(dāng)采用動態(tài)模擬實驗時，多采取配氣法模擬實際氣體，選用合適的吸附管（亦可視為更小型一些的吸附柱），調(diào)整試驗條件以獲取不同工業(yè)條件下的吸附穿透曲線等，進而指導(dǎo)煤質(zhì)柱狀活性炭吸附裝置的設(shè)計和運用條件的選擇，當(dāng)采用靜態(tài)模擬實驗時，采用向已加入煤質(zhì)柱狀活性炭的定容積吸附器中加注被吸附氣體的方法進行試驗。靜態(tài)模擬法實驗結(jié)果的準確性不如動態(tài)法。
一般煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用單位為了準確的選用煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)品或設(shè)計煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用裝置，均根據(jù)自己的需要建立煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用評價裝置，對煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用性能進行評價實驗，以獲取準確的工藝參數(shù)指導(dǎo)煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用或裝置的設(shè)計。
活性炭是一種具有特殊微晶結(jié)構(gòu)、發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)、巨大比表面積和較強吸附能力的含碳材料。其化學(xué)穩(wěn)定性好，具有耐酸、耐堿、耐高溫等特點。作為一種優(yōu)良的吸附劑，人們對活性炭的應(yīng)用開發(fā)研究越來越多。
農(nóng)業(yè)廢棄物可以制作活性炭的說法
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)以大量化肥代替原有農(nóng)家有機肥的使用，以人工飼料代替農(nóng)業(yè)廢棄物飼料的使用，加之現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集約化和規(guī)?；陌l(fā)展，打破了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中廢棄物的循環(huán)利用環(huán)節(jié)，結(jié)果造成了農(nóng)業(yè)廢棄物的大量積累，進而產(chǎn)生了較為嚴重的環(huán)境問題和資源浪費問題。因此，農(nóng)業(yè)廢棄物資源的合理利用已日益成為當(dāng)前世界大多數(shù)國家共同面臨的問題。國內(nèi)外實踐表明，農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用和無害化處理，是控制農(nóng)業(yè)環(huán)境污染、改善農(nóng)村環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。
煤質(zhì)柱狀活性炭是一種具有特殊微晶結(jié)構(gòu)、發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)、巨大比表面積和較強吸附能力的含碳材料。其化學(xué)穩(wěn)定性好，具有耐酸、耐堿、耐高溫等特點。作為一種優(yōu)良的吸附劑，人們對活性炭的應(yīng)用開發(fā)研究越來越多。20世紀70年代前，活性炭在國內(nèi)的應(yīng)用主要集中于制糖、制藥和味精工業(yè)：后來又擴展到水處理和環(huán)保等行業(yè);20世紀90年代，除以上領(lǐng)域外，擴大到溶劑回收、食品飲料提純、空氣凈化、脫硫、載體、醫(yī)藥、黃金提取、半導(dǎo)體等眾多應(yīng)用領(lǐng)域[1-5]。
2農(nóng)業(yè)廢棄物利用現(xiàn)狀
農(nóng)業(yè)廢棄物(agriculturalresidue)是指在農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)與加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品、數(shù)量巨大、具有可再生、再生周期短、可生物降解、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點，是重要的生物質(zhì)資源。主要有樹皮、果殼、鋸末、秸稈、蔗渣等。據(jù)有關(guān)資料，我國產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物按目前的沼氣技術(shù)水平能轉(zhuǎn)化成沼氣3111.5億m3，戶均達1275.2m3，可解決農(nóng)村能源短缺。以農(nóng)作物秸稈為例，將目前的6.5億噸秸稈轉(zhuǎn)化為電能，按1kg秸稈產(chǎn)生電1千瓦時計算，就具有產(chǎn)生6.5億千瓦時電能的潛力;作為肥料可提供氮大約2264.4萬噸、磷459.1萬噸、鉀2715.7萬噸;作為飼料，僅玉米秸稈就能提供1.9～2.2億噸。然而，目前我國農(nóng)業(yè)廢棄物的利用率卻很低乃至沒有利用。因此，農(nóng)業(yè)廢棄物一方面成為最大的擱置資源之一，另一方面又成為巨大的污染源[6]。
從資源經(jīng)濟學(xué)的角度上看，農(nóng)業(yè)廢棄物本身就是某種物質(zhì)和能量的載體，是一種特殊形態(tài)的農(nóng)業(yè)資源，蘊含著豐富的能源和營養(yǎng)物質(zhì)。目前，隨著石油、煤炭等不可再生資源的日益短缺，越來越多的國家特別是發(fā)達國家已經(jīng)把農(nóng)業(yè)廢棄物等可再生資源的轉(zhuǎn)化利用列入社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，以農(nóng)業(yè)廢棄物等可再生資源為原料制備工業(yè)新產(chǎn)品的研究引起了世界各國的關(guān)注。在我國，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，開發(fā)利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源，逐步補充或替代化石資源，是關(guān)系到我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大問題。
3農(nóng)業(yè)廢棄物制備活性炭及其改性
目前活性炭制備原料的使用也是由木屑和木片到煤和各種農(nóng)林產(chǎn)品的充分利用。產(chǎn)品由單一品種向多品種發(fā)展：由低檔活性炭向高檔活性炭轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)廢棄物制備活性炭的過程一般經(jīng)過原料粉碎、壓棒、炭化、活化、漂洗、烘干和活性炭粉碎等幾個步驟。同時根據(jù)不同的需求可以在不同的步驟中進行表面物理結(jié)構(gòu)的改性或表面化學(xué)性能的改性。
3.1表面物理結(jié)構(gòu)的改性
活性炭材料吸附表面物理結(jié)構(gòu)的改性是指在活性炭材料的制備過程中通過物理或者化學(xué)的方法來增加活性炭材料的比表面積、調(diào)節(jié)孔徑及其分布，使活性炭材料的吸附表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而增加活性炭材料的物理吸附性能。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無機鹽類以及一些酸類，目前應(yīng)用較多、較成熟的化學(xué)活化劑有KOH、NaOH、ZnCl2、CaCl2和H3PO4等[7-10]。
3.2表面化學(xué)性能的改性
活性炭材料表面化學(xué)組成的不同對活性炭材料的酸堿性、潤濕性、吸附選擇性、催化特性等產(chǎn)生影響。活性炭材料的吸附表面化學(xué)性能的改性是指通過一定的方法改善活性炭材料吸附表面的官能團及其周邊氛圍的構(gòu)造，使其成為特定吸附過程中的活性點，從而可以控制其親水/疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力?；钚蕴坎牧衔奖砻婊瘜W(xué)性質(zhì)的改性可以通過表面氧化改性、表面還原改性以及負載金屬改性等修飾。
3.2.1氧化改性
氧化改性主要是利用強氧化劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦钚蕴勘砻娴墓倌軋F進行氧化處理，從而提高表面的含氧酸性基團(如羧基、酚羥基、酯基等)的含量，增強材料表面的極性和親水性。常用的氧化劑主要有HNO3、HClO3和H2O2等。Tsutsumi[11]認為HNO3是最強的氧化劑，產(chǎn)生大量的酸性基團，HClO3的氧化性比較溫和，可調(diào)整活性炭的表面酸性到適宜值。氧化后活性炭表面的幾何形狀變得更加均一。劉文宏等[12]使用濃HNO3分別在常溫和沸騰狀態(tài)下對活性炭進行改性，研究結(jié)果表明：活性炭經(jīng)常溫濃HNO3改性后，比表面積和孔容都明顯提高，而經(jīng)沸騰濃HNO3改性后，比表面積和孔容卻明顯減小，但2種改性方式都使活性炭表面產(chǎn)生更多的含氧基團。韓彬[13]等選擇磷酸氫二銨為活化劑在不同的活化溫度和預(yù)氧化條件下來制備活性炭。結(jié)果表明,在先浸泡后預(yù)氧化處理并在700℃下活化制得的樣品的比表面積為1078.21m2/g,其得率和碘吸附值分別為39.75%和636mg/g。
3.2.2還原改性
表面還原改性是指通過還原劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦钚蕴坎牧媳砻婀倌軋F進行還原改性，從而提高含氧堿性基團的比含量，增強表面的非極性，這種活性炭材料對非極性物質(zhì)具有更強的吸附性能。常用的還原劑有H2、N2、NaOH、KOH等。Menendez等[14]認為，活性炭的堿性主要是由于其無氧的Lewis堿，可以通過在還原性氣體H2或N2等惰性氣體下高溫處理得到堿性基團含量較多的活性炭。Krisztinalaszlo等[15]研究了經(jīng)N2處理的活性炭對溶液中苯酚和2，3，4-三氯苯酚的吸附，結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH為3時，吸附量最大，當(dāng)溶液pH為11時，吸附量下降。Haghserssht等[16]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)H2和N2還原堿性活性炭對水溶液中p-甲酚、硝基苯和p-硝基苯酚的吸附，較未處理過的活性炭吸附量大。
煤質(zhì)柱狀活性炭的資料：0371-66550698 13283716821
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