Ca(NO3)2改性对煤基多孔炭结构及甲苯吸附性能的影响

• 作者: 于馨凝 华哲生 杨洋 刘少俊 郑成航 高翔 许德军 姜欣彤
• 来源期刊: 煤炭学报
• 学科: 工学
• 关键词: 煤基多孔炭 Ca(NO3)2改性 甲苯 孔道扩散 吸附平衡 吸附动力学
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 煤炭加工与利用
• 页码范围: 4063-4070
• 页数: 8页
• 分类号: TQ424.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.0076

摘要

挥发性有机物(VOCs)是光化学反应形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等2次污染物的重要前驱体,对大气环境和人体健康具有严重的危害.多孔炭吸附法具有效率高、成本低、可再生等优点,在VOCs处理技术中应用广泛.然而目前国内生产的煤基多孔炭以中低端产品为主,存在孔隙不够发达、传质过程受限等问题.围绕多孔炭制备过程的结构原位调控以及VOCs在孔道内的扩散/吸附机制开展了深入的研究.以褐煤为原料,KOH为活化剂,通过酸洗脱灰和Ca(NO3)2浸渍预处理,在碱煤质量比为2∶1的条件下制备煤基多孔炭,并选择甲苯作为目标VOCs进行吸附机制研究.结果 表明,Ca(NO3)2改性后制备得到多孔炭的石墨芳香片层堆叠高度(Lc)减小、层间距离(d002)增大,说明Ca(NO3)2改性导致石墨微晶的破坏程度加深,有利于发达孔隙结构的形成.以甲苯分子动力学直径(0.57 nm)作为孔径范围的划分尺度,发现PC-Ca0.2在甲苯分子直径1～3倍(0.57～1.71 nm)具有最高的孔容积,同时也具有最高的甲苯吸附容量(746.2 mg/g).采用Weber-Morris颗粒内扩散模型分析甲苯吸附的速率控制步骤,发现吸附过程由内扩散和外扩散共同控制,PC-Ca0.2具有最大的吸附速率常数和最小的扩散边界层常数.因此,当多孔炭在甲苯分子动力学直径1～3倍内具有较大的孔容积时,其孔隙结构更有利于甲苯吸附过程的扩散传质.