能够影响废旧布袋制备活性炭性能的炭化温度

2016年09月03日 / 共 1字 / 1条评论 / 阅读 100 views 次

我国在水泥生产业是大国,尘源点多,污染严重,将滤袋作为袋式除尘器的核心,由于布袋使用寿命有限,以及外界因素的多方影响,极易出现老化、破损、烧毁和堵塞等状况(汪波,2011),导致每年都产生大量的废旧除尘布袋.目前这些废旧布袋并没有妥善处理,大多数是被简单填埋,焚烧或随处堆放,对生态环境造成极为严重破坏(陈海斌等,2013)。废旧除尘布袋资源化方法报道不多,陈海斌等(2013)曾将废的旧除尘布袋焚烧灰渣添加到水泥原料中,对焚烧灰渣用作水泥原料的可行性进行试验研究,表明布袋焚烧灰渣具有较高的水化活性,可单独作为水泥混合原料。废旧布袋作为一种合成高分子材料,有较为高的利用价值,利用其制备活性炭具有广阔的前景,但是目前关于废旧布袋用于制备活性炭还鲜见报道.因此,本试验以废旧布袋为原料,KOH为活化剂,采用炭化和活化结合制备了活性炭,同时对制备的活性炭进行性能表征。本试验的研究将为废旧除尘布袋的资源化利用开辟了一条新的途径。

2 材料与方法

2.1 废旧布袋的来源与特性

废旧布袋取自广东省惠州市龙门县某水泥厂,主要组成材质是涤纶纤维,将废旧布袋切碎、酸洗、水洗、自然晾干后备用。废旧布袋的工业分析及元素分析结果如表 1所示。

2.2 主要试剂和试验仪器

KOH(AR,天津市大茂化学试剂工厂);N2(纯度为99.99%,广州市工业气体有限公司);碘和亚甲基蓝(AR,广州市化学试剂工厂)。

STA 409 PC 同步热分析仪(德国 NETZSCH 公司); SK-G08123K开启式真空管式电炉(天津市中环电炉公司);722 S 可见分光光度计(上海);ASAP-2020型全自动比表面积及孔径分析仪(美国MMicromeritics麦克默瑞提克公司)。

2.3 实验方法

2.3.1 废旧布袋的热重分析

采用热重分析仪对废旧布袋进行热重分析.将5mg左右样品装入刚玉坩埚中,在流量为60 mL·min-1的N2气氛下加热,升温速率为20 ℃·min-1,温度范围为30~1000 ℃。

2.3.2 活性炭制备方法

将预处理的废旧布袋放入管式炉中,升温速率5℃•min-1N2流速0.8 L•min-1,在不同炭化温度(400、450、500、550、600℃)下保持在60min,在N2保护作用下冷却至室温,所得炭化产物研磨后放入广口瓶中,室温保存.然后,KOH与炭化产物按碱炭比3∶1混合,研磨后放入管式炉内,在0.5 L• min-1 N2气流保护下进行活化,升温速度为8℃•min-1,在活化温度700℃下保持活化时间50min.N2 保护下冷却至200℃以下,继续冷却至室温,之后用10%的盐酸溶液酸洗,去离子水洗至为中性,最后在110℃的恒温干燥箱恒温干燥24h,研磨成200目备用。

2.3.3 活性炭吸附性能评价

活性炭对碘和亚甲基蓝吸附值的测定,分别参照GB/T 12496.8—1999《木质活性炭试验方法: 碘吸附值的测定方法》和GB/T 12496.10—1999《木质活性炭试验方法: 亚甲基蓝吸附值的测定方法》。

2.3.4 活性炭产率测定

活性炭产率(Y)计算见式(1):

Y=M0/M×100%

式中,M0为活性炭的质量(mg);M为废旧布袋的质量(mg)。

2.3.5 活性炭的表征

采用比表面积及孔径分析仪在-196℃液氮下测定活性炭的N2吸附脱附等温线.在分析测试前,活性炭样品在150℃进行真空脱气4 h.据吸附脱附等温线,利用BET(多分子层等温吸附式)方程计算活性炭的总比表面积,用密度法计算总孔容积,BJH(中孔分布方程)计算并绘制出孔径的分布图,计算出孔容积及平均孔径,t-plot法计算微孔容积。

3 结果与讨论

3.1 废旧布袋的热重分析

热重分析一般用于观察样品的热降解特性.废旧布袋热解失重曲线(TG)和失重速率曲线(DTG)见图 1.由图 1可知,TG曲线有3个失重阶段.第一个失重阶段发生在30℃到390℃,失重率只有0.44%,相对应DTG曲线基本是一条平直直线,该阶段主要以水分的挥发为主;第二失重阶段发生在390℃到510℃,而该阶段是主要的失重阶段,失重率高达78.53%,DTG曲线出现了一个明显的失重峰,其中在448℃时,失重最快,失重速率达33.5%·min-1,这一个阶段布袋开始热解,反应剧烈,有大量的挥发性气体产生,导致了失重率急剧升高;第三失重阶段发生在510℃到1000℃,这一阶段还存有少量的挥发性气体产生,但是失重率只占有2.27%,DTG曲线没有出现明显的失重峰,表明热解反应基本结束,剩余固体碳化物占有21.03%左右。Mohamad和Williams(2010)曾对废旧纺织品进行过热重分析,废旧纺织品主要失重阶段发生在380℃到500℃,并得到了有同样失重趋势的热重曲线。

结果讨论图1.jpg