蜂窩活性炭在氣體分離和凈化、溶劑回收、廢水處理等應用領域,機械強度和孔隙結構可體現出蜂窩活性炭的吸附能力和使用壽命。吸附飽和的蜂窩活性炭需要定期清理和再生,高機械強度的蜂窩活性炭,可以避免運輸及再生過程中的損失,延長其使用壽命。
煤種對蜂窩活性炭機械強度的影響:
以大同煤和神木煤為例:
大同煤制蜂窩活性炭不僅比表面積高,而且制得的蜂窩活性炭的機械強度也高,這主要是由于大同煤是弱粘結性煙煤,含有較高的惰質組分,低的鏡質組分,炭化后形成致密結構,而且在活化過程以形成微孔為主,因此其機械強度高。而神木煤屬于不粘結性煙煤,鏡質組分高,炭化后形成結構疏松的蜂窩炭化料。
由此推斷,不同的煤種在炭化和活化過程中形成的中孔和大孔,是造成煤制蜂窩活性炭機械強度下降的主要原因。因此,在以煤為原料通過擠出成型、炭化和活化工序制備蜂窩活性炭的工藝中,煤種顯然會影響蜂窩活性炭的機械強度和孔隙結構的。以大同煙煤為原料,可以獲得比表面積高達884m2/g,抗壓強度14.7MPa的蜂窩活性炭,以神木煤為原料,則可得到中孔和大孔發達的蜂窩活性炭,但機械強度相對較低。
煤種對蜂窩活性炭孔隙結構影響:
在不同燒失量下,大同煤與神木煤制蜂窩炭化料以及活性炭的氮吸附等溫線,按照國際純化學和應用化學學會(IUPAC)的分類法。
大同煤制蜂窩活性炭樣品的吸附等溫線表現為微孔材料的特性,屬于I型等溫線,說明這些蜂窩活性炭的孔隙結構以微孔為主。大同煤制蜂窩炭化料表現為無孔材料的特征,隨著活化程度的增加,對氮氣的吸附能力相應增加,當活化燒失量大于28%后,吸附等溫線在相對壓力小于0.1,等溫線彎曲處的弧度變大,表明微孔的分布逐漸變寬,部分小直徑微孔轉變為大直徑微孔。此外,在相對壓力大于0.9以后,這些吸附等溫線出現上升趨勢,表明中孔和大孔數量也隨之加大。
神木煤制蜂窩活性炭的吸附等溫線呈現IV型等溫線,與大同煤制蜂窩活性炭相比,在相對壓力大于0.9以后,由毛細凝結引起的吸附量急劇增加,吸附量未呈現出吸附飽和現象,表明神木煤制蜂窩活性炭內有大量中孔和大孔。
由吸附等溫線計算出的蜂窩活性炭比表面積和總孔容,隨著活化時間的增加,兩種煤制蜂窩活性炭的總孔容和比表面積均不同增加。說明水蒸氣與碳的活化反應,一方面使炭化過程閉塞的孔開放,另一方面也生成新的孔隙,大同煤制蜂窩活性炭高于神木煤。
由此可見,煤種的不同對蜂窩活性炭機械強度和孔隙結構的影響也不同。