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閱讀：1645發(fā)布時(shí)間：2021-11-29
煤質(zhì)活性炭與木質(zhì)活性炭性能差異的本質(zhì)原因，從研發(fā)活性炭實(shí)踐數(shù)據(jù)了解到，果殼、椰殼類的原料所生產(chǎn)的活性炭，孔隙均勻，硬度高，抗磨性好，微孔容積極大，比表面積高達(dá)1500/g以上。而且對(duì)于木質(zhì)原料，無(wú)論是化學(xué)活化工藝還是水蒸氣活化方法，均勻得到高吸附性能的微孔炭。而煤質(zhì)活性炭中，除了極少以泥炭(結(jié)構(gòu)上與木質(zhì)原料相似)為原料制備的活性炭具有較高的比表面積外，煤質(zhì)活性炭的吸附性能普遍低于木質(zhì)活性炭。
造成這種差別的原因首先是煤和木質(zhì)原料在結(jié)構(gòu)上的差異。隨變質(zhì)程度的不同，從褐煤到無(wú)煙煤，含有由少到多的芳環(huán)數(shù)，結(jié)構(gòu)越來(lái)越致密、有序，尤其是高質(zhì)程度的無(wú)煙煤，結(jié)構(gòu)序理大大增加，已接近三度空間的有序結(jié)構(gòu)。木質(zhì)原料主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，結(jié)構(gòu)上含有較多的氧，如纖維素分子的重復(fù)單元中含有相當(dāng)于5個(gè)水分子的H和0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是石墨結(jié)構(gòu)，甚至連石墨的基本結(jié)構(gòu)—芳環(huán)尚未形成。
木質(zhì)原料和煤在炭化過(guò)程中的差別更強(qiáng)化了它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上、進(jìn)而在活性炭產(chǎn)品吸附性能上的差別。
如前所述，煤質(zhì)活性炭的煤在炭化時(shí)一般形成液相，有利于中間相的生成和發(fā)育，使微晶的擇優(yōu)取向成為可能，易于生成易石墨化、各向異性的炭素前驅(qū)體，這就決定了以后的生成的活性炭性能低劣。無(wú)煙煤盡管在炭化時(shí)不生成液相，但在炭化前就已是各向異性的結(jié)構(gòu)，因此炭化后呈易石墨化結(jié)構(gòu)也是意料之中的。
木質(zhì)原料的炭化是典型的固相炭化，炭化料可保持原料的無(wú)定形結(jié)構(gòu)特征，生成各向同性的難石墨化的炭素前驅(qū)體。韓研活性炭廠生產(chǎn)技術(shù)員和工程師等人研究了纖維素的炭化過(guò)程，該過(guò)程中的化學(xué)轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了四個(gè)階段:
a.物理吸附水脫除階段(25一1500℃)。
b.分子結(jié)構(gòu)的變化不是在分子間進(jìn)行。
c.通過(guò)自由基反應(yīng)，纖維素環(huán)脫水(150一2400℃ )(且脫水基本是在分子內(nèi)而，酉己糖熱裂解，伴隨C-。和C-C鍵斷裂，產(chǎn)生C0, COZ ,和四碳原子基團(tuán)等(240一400℃以上)。
d.芳構(gòu)化并形成基本微晶(400℃以上)。
X射線分析表明，在炭化的第二階段以前，纖維素的基本結(jié)構(gòu)維持不變，而從第三階段以后，就已表現(xiàn)出*無(wú)定形的結(jié)構(gòu)。半纖維素、木質(zhì)素也是木質(zhì)原料的主要成分，它們和纖維素一樣，在分子結(jié)構(gòu)內(nèi)結(jié)合有氧原子，炭化時(shí)也不軟化，經(jīng)固相炭化后生成以無(wú)定形炭結(jié)構(gòu)為主的炭化物。
因此，與煤的結(jié)構(gòu)和炭化過(guò)程均不同，木質(zhì)原料*的結(jié)構(gòu)以及固相炭化過(guò)程，生成了難石墨化的炭素前驅(qū)體，再經(jīng)進(jìn)一步的固相破壞(活化)過(guò)程，可生成性能極優(yōu)的活性炭。這從根本上解釋了煤質(zhì)活性炭與木質(zhì)活性炭性能上的差異。(來(lái)源：廣州韓研活性炭網(wǎng))
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