堿活化石油焦制備活性炭過程中插層鉀的脫插研究.pdf

1、KOH活化所制備的活性炭因其特有的表面性質(zhì)和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，在儲(chǔ)氣（氫氣、甲烷等）、儲(chǔ)能（雙層電容器）、吸附分離和催化載體等方面顯示出優(yōu)異的特性。由KOH活化相關(guān)機(jī)理可知，在高溫活化（溫度高于金屬鉀的沸點(diǎn)762℃）過程中產(chǎn)生的鉀單質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化為鉀蒸汽于石墨六角碳網(wǎng)層片中穿梭插層，進(jìn)一步形成孔隙結(jié)構(gòu)。這一過程對(duì)于所制活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。但性能良好的產(chǎn)品卻建立在安全隱患之上，插層鉀(K-GICs)的存在并不穩(wěn)定，在一定溫度、

2、較低壓力下置于空氣、水蒸氣、氧氣等氣氛中就會(huì)發(fā)生金屬鉀的脫嵌，且鉀單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，若活化的產(chǎn)物暴露在空氣中，反應(yīng)體系內(nèi)的K會(huì)直接被氧化甚至發(fā)生燃燒。工業(yè)生產(chǎn)通常采用水洗的辦法脫除產(chǎn)物中的K-GICs，其本質(zhì)是，伴隨著K-GICs的脫除雜原子氧被引入活性炭中。這也啟示在活性炭的制備過程中以K-GICs的脫插作為手段可以制備功能化摻雜活性炭。
　　基于此，本文主要圍繞堿活化法制備活性炭的規(guī)模化生產(chǎn)所面臨的科學(xué)和技術(shù)瓶頸展開工作

3、，以降低堿焦比和反應(yīng)過程杜絕安全隱患作為切入點(diǎn)，以活化過程中K-GICs的脫插反應(yīng)為手段，引入異種原子。選用遼化石油焦(PC)和KOH作為原料，活化溫度為780℃，活化時(shí)間為60min，KOH/PC=2的條件下制備活性炭。在活化階段結(jié)束后爐溫降至一定溫度時(shí)向反應(yīng)體系內(nèi)引入脫插試劑（主要包括:H2O、CH3OH、CH3CH2OH和CH3COOH）對(duì)活化產(chǎn)物中的K-GICs進(jìn)行脫插，并考察其反應(yīng)性?；谏鲜龇椒?，選用以上四種脫插試劑對(duì)K-G

4、ICs進(jìn)行脫插反應(yīng)，結(jié)果表明:H2O、CH3OH、CH3CH2OH和CH3COOH與K-GICs均有反應(yīng)活性，可以有效脫除反應(yīng)體系中的K及活化產(chǎn)物中的K-GICs;針對(duì)不同含量脫插物質(zhì)與K-GICs反應(yīng)劇烈程度不同，引入適宜含量的脫插試劑，H2O(7％)、CH3OH(6％)、CH3CH2OH(6％)及CH3COOH(5％)均可有效促進(jìn)活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展。進(jìn)一步分析脫插試劑的引入與所制活性炭微晶結(jié)構(gòu)之間關(guān)系發(fā)現(xiàn)，引入不同脫插試劑后，活性