【摘 要】
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活性炭是一种含碳量较高的多孔性材料,因比表面积和孔体积大、吸附性能优异等特性被广泛应用于多种工业领域。水热碳化法是近年来新兴起的一种碳化方法,通过系统分析碱木质素
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活性炭是一种含碳量较高的多孔性材料,因比表面积和孔体积大、吸附性能优异等特性被广泛应用于多种工业领域。水热碳化法是近年来新兴起的一种碳化方法,通过系统分析碱木质素基活性炭的结构与性能,不仅可以掌握水热碳化-活化法制备活性炭的工艺,评价分析碱木质素基活性炭的生命周期,了解制备过程的成本,还为工业化生产高性能活性炭奠定基础,具有重要的实践和理论指导意义。本研究以制浆造纸废液分离提取的碱木质素为原料,采用水热碳化法制备水热炭,再进一步活化制备碱木质素基活性炭,考察了不同水热碳化温度、活化剂种类、活化剂比例对活性炭结构的影响,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征了活性炭的结构与性能,并从二氧化碳排放、经济成本、时间成本三个方面分析了碱木质素基活性炭的生命周期评价。研究得到的主要结论如下:(1)碱木质素在水热碳化过程中,碳化温度越高,反应越剧烈,所得水热炭产率、灰分、氧元素含量和表面含氧官能团含量越低,而固定碳与碳元素含量越高;与热解炭相比,水热炭表面粗糙,具有丰富的蜂窝状孔隙结构,更适合作为活性炭前驱体。(2)水热碳化-活化法制备碱木质素基活性炭的优化工艺条件:水热碳化温度250℃,KOH为活化剂,浸渍比1:3,活化温度800℃,活化时间1 h;此条件下制备的碱木质素基活性炭的比表面积和总孔容分别高达2631 m2/g和1.153 cm3/g,孔隙结构以微孔为主,平均孔径为1.75 nm,并均优于热解碳化-活化法制备的碱木质素基活性炭和商用活性炭;与其它原料制备的活性炭材料相比,它的吸附性能优异,二氧化碳平衡吸附量为100 mg/g。(3)在碱木质素基活性炭生命周期评价中,采用水热碳化-活化法所得1 kg活性炭的二氧化碳净排放量为27.093 kg CO2-eq,生产过程污染较小;模拟工业化生产条件制备活性炭的经济成本约为1.16万元/t,时间成本30 h/t,减少生产时间是降低经济成本的关键。
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