Ca(OH)2改性活性炭及其吸附CO2的研究.pdf

6 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第3 期 C a OH 2 改性活性炭及其吸附C 0 2 的研究 崔同明，李水娥，周绪忠 贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 2 5 摘要采用C a O H 为化学活化剂，对颗粒活性炭进行改性。结果表明，在C a O H 2 用量为1 0 0m L 、改 性温度8 0 ℃、改性时间2h 、干燥时间6h 时，改性后的活性炭吸附容量达到最大，为3 ．9 1m m o l ／g 。 关键词C a O H 。；活性炭；吸收容量；改性；C O z 中图分类号X 7 0 1文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 6 0 3 0 6 8 0 3 S t u d yo nC a O H 2m o d i f i e da c t i v a t e dc a r b o na n da b s o r p t i o no fC O s C U IT o n g m i n g ，L IS h u i e ，Z H O UX u z h o n g C o l l e g eo fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g y ，G u i z h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ，C h i n a A b s t r a c t G r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o nw a sm o d i f i e dw i t hC a O H 2a sc h e m i c a la c t i v a t o r ．T h er e s u l t ss h o w t h a tt h em a x i m u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yo fa c t i v a t e dc a r b o ni s3 ．91m m o l ／gu n d e rt h ec o n d i t i o n si n c l u d i n g C a O H 2d o s a g eo f1 0 0m I 。，t e m p e r a t u r eo f8 0 ℃，t i m eo f2h ，a n dd r y i n gt i m eo f6 h ． K e yw o r d s C a O H 2 ；a c t i v a t e dc a r b o n ；a b s o r p t i o nc a p a c i t y ；m o d i f y ；C 0 2 二氧化碳的减排问题是2 1 世纪各国关注的焦 点口伽。二氧化碳不仅是温室气体，也是一种宝贵的 资源。二氧化碳在工业生产中是很重要的基础原 料，尤其是在固体状态下，它的应用更为广泛[ 4 。‘] 。 因此，对废气中排放的二氧化碳综合利用及再资源 化意义重大。 在一定条件下，对活性炭进行改性处理能够改 变其吸附性能[ 6 。9 ] 。活性炭的改性方法有氧化改 性[ 1 “1 2 ] 、还原改性[ 13 。1 4 ] 、酸碱改性[ 15 。1 6 ] 及金属改 性n 7 。19 ] 等。叶剑波[ 2 叩以聚乙烯亚胺 P E I 为表面活 性剂改性活性炭使其C O 。的最大吸附量达到1 ．0 2 m m o l ／g 。Z H A N GZ h i j u a n 等[ 2 门通过氨水浸渍和 微波照射改性活性炭后，吸附量达到3 ．7 5m m o l ／g 。 I 。IT o n g 等[ 2 2 1 用质量分数为5 ％的过氧化氢改性活 性炭使其对C O 。的吸附量达到3 ．0 4 2m m o l ／g 。 H e i d a r i [ 2 胡等对桉木基活性炭用H 。P O ；活化，在4 0 0 ℃和8 0 0 ℃进行热处理后，在0 ．1M P a 、3 0 3K 时二 氧化碳的吸附量达到3 ．2 2m m o l ／g 。 目前，C O 分离技术中最有效的方法是吸附，研 究重点瞳4 1 是筛选高选择性、对C O 。具有高吸附容量 的吸附剂。本文以颗粒活性炭为炭源，C a O H z 为 化学活化剂改性活性炭，最后得到了吸附速率快、选 择性好、吸附容量大的新型活性炭。 1 改性试验部分 1 ．1 主要材料与试剂 纯度为9 9 ％的C O 。，活性炭 A C ， C a O H 含量9 5 ％以上的氢氧化钙。 1 ．2 吸附剂的制备 采用浸渍法制备C a O H 改性的A C 吸附剂。 称取5 0g 的活性炭，用蒸馏水洗涤至洗涤液不浑 浊；然后在烘箱中1 1 0 ℃干燥1 0h ，待冷却后加入一 收稿日期2 0 1 5 一i 0 一i 0 基金项目贵州省教育厅项目 黔教合K Y 字[ - 2 0 1 4 ] 2 2 2 号 ；贵州省科技厅、贵州大学2 0 1 4 联合资金项目 黔科合L H 字 [ 2 0 1 4 ] 7 6 4 7 号 作者简介崔同明 1 9 8 9 一 ，男，河南人，硕士研究生． 万方数据 2 0 1 6 年第3 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 9 定量5m o l ／L 的C a O H ，并搅拌lm i n ；在一定温 度下，冷凝回流一定时间后，洗涤至洗涤液p H 一7 左右。最后在1 1 0 ℃干燥一定时间，自然冷却后 使用。 1 ．3C O 吸附试验装置 C O z 吸附装置图参见文献[ 2 5 ] 。 1 ．4 考核指标 按照文献[ 2 6 ] 的公式计算饱和吸附量。 2 结果与讨论 2 ．1 改性试剂量对吸收容量的影响 试验条件改性温度7 0 ℃、改性时间2h 、干燥 时间6h ，不同氢氧化钙改性量时的吸收容量如图l 所示。 图1改性试剂量对吸收容量的影响 F i g ．1 E f f e c to fm o d i f i c a t i o na m o u n to n a b s o r p t i o nc a p a c i t y 由图1 可知，在氢氧化钙对活性炭改性前，活性 炭对C O 。的吸附量非常低，仅为0 ．9 4 1m m o l ／g 。负 载C a O H z 后，活性炭的吸附量均有明显的增加， 其最高吸附量为3 ．8 0 83m m o l ／g ；随着改性量的增 加，活性炭的吸附量呈现先增大后减小的趋势。这 说明并不是改性剂的量越多，对活性炭的改性效果 越好，其改性试剂量在1 0 0m L 左右最为合适。 2 ．2 改性温度对吸收容量的影响 在氢氧化钙改性试剂量为1 0 0m L 、改性时间2 h 、干燥时间6h 的条件下，改性温度对吸附容量的 影响见图2 。 从图2 可看出，随着改性温度的升高，氢氧化钙 改性后的活性炭对C O 的吸附容量也呈增大趋势， 在改性温度为8 0 ℃时，活性炭的吸附容量达到最 大，为3 ．8 7 4m m o l ／g 。因此，控制改性温度在8 0 ℃ 左右最合适。 图2改性温度对吸收容量的影响 F i g ．2 E f f e c to fm o d i f i c a t i o nt e m p e r a t u r e o na b s o r p t i o nc a p a c i t y 2 ．3 改性时间对吸收容量的影响 固定条件C a O H 。改性试剂量1 0 0m L 、改性 温度7 0 ℃、干燥时间6h ，不同改性时间的吸附容量 如图3 所示。 图3改性时间对吸收容量的影响 F i g ．3 E f f e c to fm o d i f i c a t i o nt i m e o na b s o r p t i o nc a p a c i t y 由图3 可知，随着改性时间 即冷凝回流时间 的增加，用氢氧化钙改性后的活性炭对C O 的吸附 量明显减少，说明并不是改性时间越长，对活性炭的 改性效果越好。最适宜的改性时间为2h 。 2 ．4 干燥时间对吸收容量的影响 在C a O H 改性试剂量为1 0 0m L 、改性温度 7 0 ℃、改性时间2h 的条件下，干燥时间对吸附容 量的影响见图4 。图4 表明，改性后活性炭的吸附 容量随着干燥时间的增加呈现先减少后增加的趋 势，在干燥时间为6h 时，改性活性炭的吸附容量达 到最大，为3 ．9 1m m o l ／g 。因此选择干燥时间为 6h 。 万方数据 7 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第3 期 B } l h ] I m i n 图4 干燥时间对吸收容量的影响 F i g ．4 E f f e c to fd r y i n gt i m eo na b s o r p t i o nc a p a c i t y 3结论 氢氧化钙改性活性炭脱除C O 的合适工艺参数 为改性试剂量1 0 0m L 、改性温度8 0 ℃、改性时间 2h 、干燥时间6h 。在此条件下，改性活性炭的最大 吸收容量为3 ．9 1m r n o l ／g ，远远超过了未改性活性 炭的最大吸收容量0 ．9 4 1m m o l ／g 。 参考文献 [ 1 ] Y A N GH o n g q u n ，X UZ h e n g h e ，F A NM a o h o n g ，e ta 1 ． P r o g r e s si nc a r b o nd i o x i d es e p a r a t i o na n dc a p t u r e a r e v i e w [ J ] ．J o u r n a lo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c e s C h i n a ， 2 0 0 8 ，2 0 1 1 4 - 2 7 ． [ 2 ] 周绪忠，李水娥，仵恒，等．化学法吸收燃煤烟气中C O 的研究口] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 5 1 0 7 5 7 8 ． [ 3 ] 郑京．温室效应对环境的影响[ J ] ．山东环境，2 0 0 3 1 2 3 ． [ 4 ] 陈道远．变压吸附法脱除二氧化碳的研究[ D ] ．南京南 京工业大学，2 0 0 3 ． [ 5 ] 鲁伟．活性炭改性及其二氧化碳吸附的研究[ D ] ．武汉 武汉工程大学，2 0 1 1 ． [ 6 ] L AL A N G L E Y ，D HF A I R B R O T H E R ．E f f e c to fw e t c h e m i c a lt r e a t m e n t so nt h ed i s t r i b u t i o no fs u r f a c eo x i d e s o nc a r b o n a c e o u sm a t e r i a l s [ J ] ．C a r b o n ，2 0 0 7 ，4 5 1 4 7 5 4 ． I - 7 ] 张登峰，鹿雯，王盼盼，等．活性炭纤维湿氧化改性表面 含氧官能团的变化规律[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 8 ，3 3 4 4 3 9 4 4 3 ． [ 8 ] 单晓梅，张文辉，杜铭华，等．湿氧化和热处理对煤基活 性炭吸附S O 。的影响[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 4 ，2 9 2 2 0 8 2 1 2 ． [ 9 ] A H M A DA L F A R R A ，E l 。Z B I E T AF R A C K O W I A K ， F R A N C O I SB E G U I N ．T h eH S A Bc o n c e p ta sam e a n st o i n t e r p r e tt h ea d s o r p t i o no fm e t a l i r o no n t oa c t i v a t e d c a r b o n sl - J ] ．A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e ，2 0 0 4 ，2 2 8 1 ／2 ／3 ／ 4 8 4 9 2 ． [ 1 0 ] 刘成，高乃云，黄廷林．活性炭的表面化学改性研究进 展[ J ] ．净水技术，2 0 0 5 ，2 4 4 5 0 5 2 ． [ 1 1 ] 陈孝云。林秀兰，魏起华．等．活性炭表面化学改性及应 用研究进展[ J ] ．科学技术与工程，2 0 0 8 ，8 1 9 5 4 6 3 5 4 6 7 ． [ 1 2 ] 朱赛，表面改性对活性炭物理、化学性质及C O 。吸附性 能的影响[ D ] ．郑州郑州大学，2 0 1 0 ． [ 1 3 ] 高峰，王嫒，李存梅，等．活性炭表面改性及其对C O z 吸 附性能的影响[ J ] ．新型炭材料，2 0 1 4 ，2 9 2 9 6 1 0 1 ． [ 1 4 ] 李玉雪，张永春，陈绍云．改性活性炭脱除二氧化碳中 微量苯的研究[ c ] ／／第五届全国化工年会，2 0 0 8 ． [ 1 5 ] 王重庆，刘晓勤，姚虎卿．表面改性活性炭对C O z 的吸 附性能[ J ] ．南京化工大学学报自然科学版，2 0 0 0 ，2 2 2 6 3 6 5 ． [ 1 6 ] 贾建国，李闯，朱春来，等．活性炭的硝酸表面改性及其 吸附性能[ J ] ．炭素技术，2 0 0 9 ，2 8 6 1 1 1 5 ． [ 1 7 ] 范延臻，王宝贞．改性活性炭对有机物的吸附性能[ J ] ． 环境化学，2 0 0 1 ，2 0 5 4 4 4 4 4 8 ． [ 1 8 ] 费小猛．用活性炭脱除低浓度S O 的研究[ D ] ．大连大 连理工大学，2 0 0 6 ． [ 1 9 ] 吴浪．用活性炭脱除低浓度H 。s 气体的研究[ D ] ．大 连大连理工大学，2 0 0 5 ． [ 2 0 ] 叶剑波．活性炭改性及其吸附C 。／H zO 性能研究 [ D ] ．沈阳东北大学，2 0 1 4 ． [ 2 1 ] Z H A N GZ h i j u a n ，X UM i n g y a o ，W A N GH a i h u i ，e ta 1 ． E n h a n c e m e n to fC 2a d s o r p t i o no nh i g hs u r f a c ea r e a a c t i v a t e dc a r b o nm o d i f i e db yN 2 ，H 2a n da m m o n i a [ - J ] ． C h e m i c a lE n g i n e e r i nJ o u r n a l ，2 0 1 0 ，1 6 0 2 5 7 l 一5 7 7 ． [ 2 2 ] L IT o n g ，L U OS h i z h o n g ，w uY o n g y o n g ，e ta 1 ．S t u d yo f t h em o d i f y i n go fa c t i v a t e dc a r b o n a n di t sa d s o r p t i o n p r o p e r t i e so fC 0 2 ／C H 4m i x t u r e [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n a C o a lS o c i e t y ，2 0 1 1 ，3 6 1 2 2 0 1 2 2 0 1 7 ． r2 3 ] H E I D A R IA ，Y O U N E S IH ，R A S H I D IA ，e ta 1 ． E v a l u a t i o no fC 0 2a d s o r p t i o nw i t he u c a l y p t u sw o o d b a s e da c t i v a t e dc a r b o nm o d i f i e db ya m m o n i as o l u t i o n t h r o u g h h e a t t r e a t m e n t [ J ] ．C h e m i c a lE n g i n e e r i n g J o u r n a l ，2 0 1 4 ，2 5 4 7 5 0 3 5 1 3 ． [ 2 4 ] 黄芄．改性活性炭对电厂尾气中二氧化碳吸附性能的 研究[ D ] ．石家庄河北科技大学，2 0 1 3 ． [ 2 5 ] 崔同明，李水娥，周绪忠．T E T A D E T A 复合脱除烟气 中C O z 的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 5 1 2 6 3 - 6 5 ． [ 2 6 ] 刘亚敏，史晶金，陈杰，等．超枝化固体胺吸附分离烟气 中二氧化碳[ J ] ．化工学报，2 0 1 1 ，6 2 3 7 3 6 7 4 2 ． 万方数据