鉀鹽助劑對活性炭甲烷吸附性能及孔結(jié)構(gòu)的影響

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1、鉀鹽助劑對活性炭甲烷吸附性能及孔結(jié)構(gòu)的影響收稿日期：2011-11-12；基金項(xiàng)目：國家“八六三”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號：2008AA062402-1）；作者簡介：劉杰（1987-），男，碩士，電話13550219502，電郵liujie0516@gmail.com；*聯(lián)系人：徐卡秋，電話13678102589，電郵xkq@scu.edu.cn。劉杰，徐卡秋*，羅仕忠，李通（四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川成都610065）摘要：以石油焦為原料、KOH為主活化劑，在低堿碳比(m(KOH):m(C)=2:1)的條件下制備吸附劑，通過加入助活化劑

2、KCl，K2CO3，CH3COOK，達(dá)到引入K+，K2O與基團(tuán)-O-K+，-CO2K+的目的，考察助活化劑對活性炭吸附甲烷能力的影響，并對樣品的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，討論了鉀鹽助劑影響活性炭對甲烷吸附性能的機(jī)理。結(jié)果表明：加入KCl能夠擴(kuò)張孔徑，增加微孔與介孔的體積，對活性炭吸附甲烷有較好的促進(jìn)作用；加入K2CO3減少孔的生成，不利于活性炭對甲烷的吸附；CH3COOK的加入，對活性炭甲烷吸能力附影響不明顯，但能明顯增加微孔孔容，提高微孔率。關(guān)鍵詞：甲烷吸附儲存；活性炭吸附劑；制備；助劑；孔結(jié)構(gòu)中圖分類號：O647文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10

3、01-9219(2012)01-隨著天然氣的廣泛應(yīng)用，天然氣吸附儲存技術(shù)（ANG）受到越來越多的關(guān)注[1-5]。研究認(rèn)為[5-7]，以石油焦為原料，用KOH活化可以制備出對甲烷具有較高吸附性能的超級活性炭。該方法要獲得大比表面和孔隙發(fā)達(dá)的超級活性炭必須使用大量的KOH（m(KOH):m(C)=4:1~5:1）才能實(shí)現(xiàn)，這不僅增加了超級活性炭的生產(chǎn)成本，還造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和設(shè)備腐蝕[5-11]。因此，降低活化時堿的用量成為亟待解決的問題。添加活化助劑是一種降低堿量的有效方法，但研究發(fā)現(xiàn)[11,12]，其他金屬鹽的加入主要是對活性炭表面

4、性能和活性炭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，從而提高活性炭對甲烷的吸附能力，但甲烷的吸附主要是依靠發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，因而這種表面改性的方法具有局限性。邢偉[13]等人通過研究認(rèn)為，基團(tuán)K2O，－O-K+與－CO2K+是以徑向活化為主的中溫活化段的活化劑活性組分，而處于熔融狀態(tài)的K+則是橫向活化為主的高溫活化段的催化活性組分。本文通過分別加入KCl，K2CO3和CH3COOK以達(dá)到引入K+，K2O，－O-K+與－CO2K+的目的，通過改變預(yù)活化段與活化段的作用機(jī)制從而改變活性炭的孔結(jié)構(gòu)，提高活性炭對甲烷吸附量；同時考察了鉀鹽助劑對活性炭孔結(jié)構(gòu)的影響，探討

5、了不同的鉀鹽助劑對活性炭輔助作用的機(jī)理和活性炭活化過程的機(jī)理。1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)原料石油焦：金陵石化廠生產(chǎn)，以JL表示，其元素分析見表1。表1石油焦元素分析元素CHNOSw/%87.953.762.332.823.141.2吸附劑的制備吸附劑制備工藝流程如圖1所示。原料→粉碎→篩分→配料→預(yù)活化→活化→洗滌→干燥→洗滌→產(chǎn)品圖1吸附劑制備工藝流程石油焦經(jīng)粉碎后，篩選得到粒徑為80目~100目的粉體，作為活化原料。稱取一定量的活化原料，按比例m(KOH):m(C):m(H2O)=2:1:2.5同KOH、H2O混合，在鎳舟中攪拌至漿狀，

6、放入管式爐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8℃/min升溫至90℃，停留0.5h，繼續(xù)升溫至400℃，預(yù)活化1h，再升溫至850℃，活化1h。活化產(chǎn)物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫。反應(yīng)產(chǎn)物依次用水洗、酸洗、水洗至中性，干燥后即得粉狀樣品。1.3樣品表征采用意大利CARLOERBA1106元素分析儀對石油焦原料進(jìn)行元素分析；采用靜態(tài)吸附法測定吸附劑樣品對甲烷的吸附量[14,15]；采用N2靜態(tài)吸附容量法測定吸附劑樣品比表面積和孔結(jié)構(gòu)，儀器為Quantachrome公司生產(chǎn)的NOVA1000e吸附儀，吸附質(zhì)為N2，吸附溫度為液氮溫度。2結(jié)果與討論2.1鉀鹽助

7、劑對甲烷吸附性能的影響2.1.1KCl對吸附劑性能的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。KCl的加入對吸附劑吸附性能的影響較為明顯，說明KCl與KOH對高硫石油焦的活化過程有較好的協(xié)同活化作用。隨著KCl加入量的不斷增加，吸附劑的產(chǎn)率不斷下降，甲烷吸附量先增加后減少，并在w(KCl)為20%時達(dá)到最大值。甲烷最大吸附量比樣品JLK0的吸附量提高了16.7%。吸附劑m(促進(jìn)劑)/m(AC)/%（下面各欄的”%”去掉）吸附量（3.5MPa）/mmol/g促進(jìn)劑產(chǎn)率/%表2不同助劑對活性炭甲烷吸附量的影響2.1.2K2CO3對吸附劑性能的影響K2CO3

8、對吸附性能影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2?；罨锪现屑尤肷倭康腒2CO3可以提高吸附劑對甲烷的吸附性能。但隨著助劑K2CO3的加入量不斷增大，吸附劑的收率呈遞減趨勢，且甲烷吸附量存在最大值，甲烷最大吸附量比未加K2CO3的樣品JL