木质活性炭和煤质活性炭性能差异的根本原因
发布时间:2019-05-28 15:04   作者:admin   
果壳、果仁类的原料所生产的话性炭,孔隙均匀,硬度高,抗磨性好,微孔容积极大,比表面积常达 1500m2/g 以上 ,而且对于木质原料,无论是化学活化工艺还是水蒸气活化方法,均可得到高吸附性能的微孔炭。而煤基活性炭中,除了极少以泥炭(结构上与木质原料相似)为原料制备的活性炭具有较高的比表面积外,煤基炭的吸附性能普遍低于木质炭。
 
造成这种差别的原因首先是煤和木质原料在结构上的差异。随变质程度的不同,从褐煤到无烟煤,含有由少到多的芳环数,结构越来越致密、有序,尤其是高变质程度的无烟煤,结构序理大大增加,已接近三度空间的有序结构。木质原料的主要成分是纤维素、半纤维求和木质素,结构上含有较多的氧,如纤维素分子的重复单元中含有相当于5 个水分子的H和O,远远不是石墨结构, 甚至连石墨的基本结构一一芳环尚未形成 。
 
木质原料和煤在炭化过程中的差别更强化了它们在结构上、进而在活性炭产品吸附性能上的差别。
 
如前所述,煤炭化时一般形成液相,有利于中间相的生成和发育,使微晶的择优取向成为可能,易于生成易石墨化、各向异性的炭素前驱体,这就决定了以后生成的活性炭性能低劣。无烟煤尽管在炭化时不生成液相,但在炭化前就己是各向异性的结构,因此炭化后呈易石墨化结构也是意料之中的。
 
木质原料的炭化是典型的固相炭化,炭化料可保持原料的无定形结构特征,生成各向同性的难石墨化的炭素前驱体。在炭化的阶段,纤维素的纂本结构维持不变,表现出完全无定形的结构。半纤维素、木质素也是木质原料的主要成分,它们和纤维素一样,在分子结构内结合有氧原子,炭化时也不软化,经固相炭化后生成以无定形炭结构为士的炭化物。
 
因此,与煤的结构和炭化过程均不同,木质原料特有的结构以及固相炭化过程,生成了难石墨化的炭素前驱体,再经进一步的固相破坏(活化)过程,可生成性能极优的活性炭。这从根本上解释了煤质活性炭与木质活性炭性能上的差异。
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