微波輻照下炭基材料升溫規(guī)律研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，碳納米管、碳纖維等新型碳材料在眾多研究領域中被廣泛應用。含碳材料以其密度小、穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨擦、抗輻射、減震等特性，近些年被用作催化劑本身或催化劑載體，在各類反應中顯示出良好的催化活性和經(jīng)濟性。其中活性炭因其良好的表面結(jié)構(gòu)特點與穩(wěn)定性，成為應用廣泛的炭基催化劑之一。
　　微波加熱技術作為一種新型的熱處理技術，具有高效性、整體性、選擇性、環(huán)保性等優(yōu)勢，被廣泛應用于活性炭的制備、活化和再生試驗中。基于

2、上述分析，本文在微波輻照條件下，對自主制備的活性炭進行升溫研究，從實驗研究和數(shù)值模擬兩個角度去考查不同微波功率、活性炭粒徑及載氣流量工況下的活性炭升溫特性。
　　首先，本文通過原料的微波炭化制備了木質(zhì)和煤質(zhì)兩種活性炭，并對其進行吸附能力檢測。結(jié)果表明，木質(zhì)活性炭的碘吸附值為1473.1mg/g，煤質(zhì)活性炭的碘吸附值為1062.5mg/g?？梢娔举|(zhì)活性炭的吸附能力大于煤質(zhì)活性炭吸附能力，這可能與木質(zhì)活性炭的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)更為豐富，比表

3、面積更大有關。
　　其次，通過改變微波功率、活性炭粒徑和載氣流量等工況對所制取的木質(zhì)活性炭和煤質(zhì)活性炭進行微波輻照下升溫特性的實驗研究。
　　(1)微波功率對活性炭升溫特性的影響:在微波功率逐漸增大的過程中，兩種活性炭的升溫速率均不斷加快，且最高溫度也隨之提高。木質(zhì)活性炭的最高溫度增幅達93℃以上，明顯大于煤質(zhì)活性炭，可見木質(zhì)活性炭的升溫效果較好。
　　(2)活性炭粒徑對活性炭升溫特性的影響:選取的木質(zhì)活性炭實驗樣品在

4、以較快速率升溫一段時間后，升溫速率開始呈下降趨勢，后又繼續(xù)上升，最終達到最高溫度。增加活性炭的粒徑，其所能達到的最高溫度反而下降，最大溫差可達88℃，根據(jù)實驗結(jié)果對比，選取最佳粒徑范圍為1＜d≤2mm。
　　(3)載氣流量對活性炭升溫特性的影響:選取的木質(zhì)活性炭實驗樣品在8～9min左右達到高溫平臺;隨著載氣流量的增大，木質(zhì)活性炭所能達到的最高溫度相對降低，最大溫差為130℃?？紤]實驗能耗情況，在保證整個加熱系統(tǒng)一直處于惰性氛圍的

5、前提下，應盡量減小氮氣的載氣流量。
　　再次，對實驗結(jié)果進行分析模擬。通過正交分析得到各因素對木質(zhì)活性炭最高溫度的影響程度依次為:微波功率＞活性炭粒徑＞載氣流量，獲取最高活性炭溫度的最佳試驗工況為微波功率P=400W、活性炭粒徑1＜d≤2mm、載氣流量Q=60L/h;通過Design-Expert試驗分析，得到微波功率對活性炭的升溫速率及最高溫度成正向比關系，而活性炭粒徑及載氣流量與活性炭升溫速率及最高溫度成負向比關系，活性炭粒徑

6、及載氣流量與微波功率均存在一定的交互作用，反向制約了微波對活性炭顆粒的升溫，并通過多項式回歸分析對其進行了驗證;用FLUENT軟件對微波加熱活性炭溫度場進行數(shù)值模擬，結(jié)果表明，微波功率越大，活性炭所能達到的最高溫度也就越高，即微波加熱活性炭所能達到的最高溫度值與微波功率成正比關系。另外，微波加熱功率與活性炭中心及邊緣的溫度差成正比，即微波功率越大，活性炭試樣內(nèi)外溫差越大，模擬結(jié)果與實驗結(jié)論基本吻合。
　　本文通過考查微波輻照下各試