稻壳制备活性炭的研究.pdf

文章编号 100728827 1999 0320058205 收稿日期 1999203209 修订日期 1999204215 作者简介 陈爱国 19612 男 江苏淮阴人 高级工程师 主要从事煤岩学研究及活性炭研究和开发 稻壳制备活性炭的研究 陈爱国 鞍山热能研究院 辽宁 鞍山 114004 摘 要 随着环保问题的日趋重视 各行业对活性炭的需求逐年增加 稻壳是制备活性炭的良好 材料 但它的灰分高 如果不对其进行降灰处理 难以制备高质量的活性炭 通过用N aOH除灰 制 备活性炭实验 研究了N aOH溶液浓度 温度 浸渍时间对除灰效果的影响及灰分对活性炭吸附性 能的影响 经除灰后 当稻壳炭的灰分为37 31 17 35 和5 63 时 制备的活性炭的碘值分别 为749 0mg g 997 0mg g和1 127 0mg g 关键词 稻壳 除灰 活性炭 中图分类号 TQ 424 1 9 文献标识码 A 1 引言 活性炭是具有高吸附性能的炭材料 广 泛用于液体和气体的净化 溶剂回收及作催 化剂载体等 随着对环保问题的日趋重视 各 行业对活性炭的需求逐年增加 常用生产活 性炭的各种原料有煤炭 木材 椰子壳 骨头 果壳 焦炭 树脂等 这意味着任何碳含量较 高且价格低廉的材料均可做为生产活性炭的 原料 稻壳是有一定碳含量的农业副产品 我 国拥有丰富的资源 但它的灰分含量过高 不 经降灰处理 很难生产出高质量的活性炭 本 工作通过用N aOH除去稻壳炭中的灰分 然 后进行制备活性炭实验 对N aOH溶液浓 度 温度 浸渍时间对除灰效果的影响及灰分 和各种活化条件对活性炭吸附性能的影响进 行了研究 2 试验 2 1 原料 试验用稻壳在自然干燥后进行工业分 析 其分析数据列于表1 从表1可以看到 原料稻壳含有大量的挥发分 64 51 且 灰分含量高 12 91 在自然状态下 它 的视密度为 0 1 g cm 3 为了制备粒状活性 炭 先用螺旋式挤压机 型号 FR2200 能力 2 000 kg h 将稻壳挤压成外径55 mm 内径 15 mm 长约500mm的稻壳棒 其工业分析 结果见表1 表1 稻壳和稻壳棒的工业分析结果 Table 1 The proxi mate analysis of rice shell and rice shell bar Samples Proxi mate AnalysisW MoistureA shVolatileM atterFixed Carbon Rice shell7 8112 9164 5114 71 Rice shell bar6 2512 7164 0017 04 1999年 9月 N EW CARBON MA TER I AL S Sep 1999 第14卷 第3期 新 型 炭 材 料 Vol 14 No 3 稻壳棒的TGA如图1所示 从图1可以 看出在200 400 挥发分大量析出 在 325 时 挥发分析出速率达到最大值 温度 达到600 挥发分析出速率大大降低 图1 稻壳棒的TGA Fig 1 TGA of rice shell bar 2 2 炭化试验 炭化试验采用内径为70 mm 长为1 600 mm的电加热旋转式炭化炉 炭化炉的旋转 速度及倾斜角度均可调 本次试验的升温速 度控制在4 5 m in 为了防止氧化 在炭化 的初期和后期 通入N2 在炭化温度为600 和700 炭化时间分别为0 m in 30 m in 60 m in 120 m in 所得稻壳炭收率分析结果列于 表2 表2 炭化实验结果 Table 2 Carbonization test results Carbonization 600 Carbonization 700 Ti me YieldTi me Yield t m in W t m in W 0 35 10 32 9 30 35 530 32 3 60 34 360 32 6 120 34 2120 32 1 在炭化温度为600 炭化时间30 m in 条件下 所得稻壳炭的体积和重量与稻壳棒 相比 分别减少47 5 和64 5 稻壳炭的 工业分析结果列于表3 表3 稻壳炭的工业分析结果 Table 3 The proxi mate analysis of the char Samples Proxi mate analysisW Moisture A shVolatile matter Fixed carbon Char0 4537 312 6259 62 从表3可以看到 稻壳炭含有大量的灰 分 37 31 通常在用水蒸汽制备活性炭 的工艺中存在下列反应 1 C H2O CO H2 H 117 kJ mol CO H2O CO2 H2 C CO2 2CO H 159 kJ mol 这就表明 在活化反应过程中 大量的碳 被消耗掉 在制备活性炭的工艺过程中 灰分 基本不起任何有益的作用 炭化料的灰分几 乎全部转入活性炭中 降低了活性炭的固定 碳含量 因而大大地降低了活性炭的吸附能 力 因此 为了制备高质量的活性炭 希望原 料炭的灰分尽可能低 2 3 除灰实验 稻壳炭的灰分组成如表4所示 从表4可看出稻壳炭的灰成分主要是 Si O2 83 7 Si O2与N aOH的主要反应如 下式 Si O2 2N aOH N a2Si O3 H2O Si O2 A l2O3 2H2O 4N aOH 2N aA lO2 N a2Si O3 4H2O 将一定量的稻壳炭放入N aOH溶液中 研究溶液的浓度 温度以及浸渍时间对除灰 效果的影响 测定除灰稻壳炭的收率和灰分 除灰稻壳炭的收率为除灰后样品在105 下 干燥2 h后 与试验用样品重量之比 95 第3期陈爱国 稻壳制备活性炭的研究 表4 稻壳炭的灰分组成 Table 4 Composition of ash of rice shell char CompositionSi O2A l2O3CaOFe2O3K2OM gOM nONa2O W 83 70 180 173 100 28 2 4 制备活性炭 分别采用稻壳炭 灰分 37 31 除灰 稻壳炭A 灰分 17 35 和除灰稻壳炭B 灰分 5 63 制备活性炭 活化设备与炭 化 设 备 相 同 活 化 温 度 分 别 为800 和 900 水蒸汽以一定的汽炭比通入炉中 每 次投入炭化料40 g 活化时间60 m in 3 实验结果和讨论 3 1 溶液浓度的影响 当溶液温度为80 浸渍时间为60 m in 时 除灰稻壳炭的收率和灰分随溶液浓度的 变化如图2示 图2 溶液浓度的影响 Fig 2 Effect of solution concentration 从图2中可以看出 溶液浓度从0 5 mol L 增加到2 mol L 除灰稻壳炭的灰分 从26 91 下降到22 01 收率从86 3 下 降到81 7 当溶液浓度从2mol L 增加到 10 mol L 除灰稻壳炭的灰分不再减少 反而 略有增加 这表明2 mol L是较合适的除灰 溶液浓度 3 2 溶液温度的影响 溶液浓度为2 mol L 浸渍时间为120 m in时 除灰稻壳炭的收率和灰分随溶液温 度的变化如图3所示 图3 溶液温度的影响 Fig 3 Effect of solution temperature 从图3可见 提高溶液温度 可提高除灰 效果 当溶液温度从20 提高到80 除灰 稻壳炭的灰分从36 24 下降到14 03 收 率从98 6 下降到73 4 当溶液温度超过 80 除灰稻壳炭的灰分不再减少 反而略有 增加 这表明80 是较合适的除灰溶液温 度 3 3 浸渍时间的影响 当溶液浓度为2 mol L 溶液温度为 80 浸渍时间对除灰稻壳炭的收率和灰分 的影响如图4所示 图4 浸渍时间的影响 Fig 4 Effect of i mmersing ti me 06 新 型 炭 材 料第14卷 从图4可以看出 延长浸渍时间 可明显 增加除灰效果 当浸渍时间从0 5 h增加到 16 h 除灰稻壳灰的灰分从25 97 下降到 5 63 从0 5 h到4 h 灰分的减少最明显 收率从86 3 下降到70 2 当浸渍时间 超过16 h 除灰稻壳炭的灰分不再减少 这表 明16 h的浸渍时间足够了 3 4 活性炭的性能 制备的活性炭性能指标列于表5 表5 活性炭性能指标 Table 5 Parameters of activated carbon Activation temperature t ParametersRaw char Clean char A Clean char B 800 Iodine adsorption capacity W mg g 1 730 3892 21 009 6 Yield W 82 078 271 7 900 Iodine adsorption capacity W mg g 1 749 0997 01 127 0 Yield W 68 763 458 0 4 结论 1 稻壳的炭化温度选择600 700 为宜 在同一炭化温度下 延长炭化时间对炭 化收率影响不大 2 与稻壳棒相比 稻壳炭的体积和重量 炭化温度为600 炭化时间30 m in 分别 减少47 5 和64 5 3 用N aOH溶液除灰时 除灰的效果主 要受溶液的浓度 温度和浸渍时间的影响 当 溶液浓度2 mol L 温度80 浸渍时间2 h 时 除灰炭的灰分为15 18 浸渍时间16 h 时 除灰炭的灰分为5 63 4 随着除灰炭灰分的降低 其活性炭的 吸附性能明显提高 同一活化条件下 当炭料 的灰分分别为37 31 17 35 和5 63 时 其活性炭的碘值分别为749 0 mg g 997 0 mg g 1 127 0 mg g 参 考 文 献 1 W igmans T Industrial aspects of production and use of activated carbons J Carbon 1989 27 1 13222 16 第3期陈爱国 稻壳制备活性炭的研究 MANUFACTURING ACTIVATED CARBON FROM RICE SHELL CHEN A i2guo A nshan R esearch Institute of T herm o2energy L iaoning114004 China ABSTRACT The consumption of activated carbon is increasing gradually year by year in the field of environmental protection R ice shell is a good raw material for producing activated carbon but its ash content is too high to make high quality activated carbon In this study the experi ments of removing ash by N aOH w ere carried out The influence of solution concentration temperature and i mmersing ti me on the removalof ash and ash content on the adsorption performance of resultant activated carbon w ere investigated W hen the ash content of char w ere 37 31 17 35 and 5 63 the activated carbon w ith iodine adsorption capacity of 749 0 mg g 997 0 mg g and 1 1