木质活性炭与煤质活性炭性能差异的本质原因




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,均匀得到高吸附性能的微孔炭。

而煤质活性炭中,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,煤质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。

木质原料主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,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0,远远不是石墨结构,甚至连石墨的基本结构—芳环尚未形成。

活性炭

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,这就决定了以后的生成的活性炭性能低劣。

无烟煤尽管在炭化时不生成液相,但在炭化前就已是各向异性的结构,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。

(1)物理吸附水脱除阶段(25一1500℃) (2)分子结构的变化不是在分子间进行)。

(3)通过自由基反应,纤维素环脱水(150一2400℃ )(且脱水基本是在分子内而,酉己糖热裂解,伴随C-。和C-C键断裂,产生C0, COZ ,和四碳原子基团等(240一400℃以上)。

(4)芳构化并形成基本微晶(400℃以上)。

X射线分析表明,在炭化的第二阶段以前,纤维素的基本结构维持不变,而从第三阶段以后,就已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主的炭化物。

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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