Ca(NO_(3))_(2)改性对煤基多孔炭结构及甲苯吸附性能的影响研究

作者：于馨凝; 华哲生; 杨洋; 刘少俊; 郑成航; 高翔; 许德军; 姜欣彤

来源：煤炭学报, 2021, 1-9.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2021.0076

• 煤基多孔炭
• Ca(NO3)2改性
• 甲苯
• 孔道扩散
• 吸附平衡
• 吸附动力学

挥发性有机物（VOCs）是光化学反应形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等二次污染物的重要前驱体，对大气环境和人体健康具有严重的危害。多孔炭吸附法具有效率高、成本低、可再生等优点，在VOCs处理技术中应用广泛。然而目前国内生产的煤基多孔炭以中低端产品为主，存在孔隙不够发达、传质过程受限等问题。本文围绕多孔炭制备过程的结构原位调控以及VOCs在孔道内的扩散/吸附机制开展了深入的研究。以褐煤为原料，KOH为活化剂，通过酸洗脱灰和Ca(NO3)2浸渍预处理，在碱煤比为2/1的条件下制备煤基多孔炭，并选择甲苯作为目标VOCs进行吸附机制研究。结果表明，Ca(NO3)2改性后制备得到多孔炭的石墨芳香片层堆叠高度(Lc)减小、层间距离(d002)增大，说明Ca(NO3)2改性导致石墨微晶的破坏程度加深，有利于发达孔隙结构的形成。以甲苯分子动力学直径（0.57 nm）作为孔径范围的划分尺度，发现PC-Ca0.2在甲苯分子直径1～3倍范围（0.57 nm～1.71 nm）具有最高的孔容积，同时也具有最高的甲苯吸附容量（746.2 mg/g）。采用Weber-Morris颗粒内扩散模型分析甲苯吸附的速率控制步骤，发现吸附过程由内扩散和外扩散共同控制，PC-Ca0.2具有最大的吸附速率常数和最小的扩散边界层常数。因此，当多孔炭在甲苯分子动力学直径1～3倍范围内具有较大的孔容积时，其孔隙结构更有利于甲苯吸附过程的扩散传质。

• 单位
  浙江大学; 能源清洁利用国家重点实验室