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氯化锌法制备活性炭的活化机理

发布时间:2019-09-20 15:53浏览次数:

    1.氯化锌的润胀作用

      木屑等生物质原料中总纤维素含量可达60%-70%。在低于200℃的温度下,氯化锌的电离作用能使木屑等植物原料中的纤维素发生润胀,并将持续到纤维素分散成胶体状态为止。于此同时还会发生一些低分子化水解反应和氧化反应,使高分子化合物逐渐解聚,形成一部分解聚化合物与氯化锌组成的均匀塑性物料。当用氯化锌和木屑生产颗粒活性炭时,锌屑料在150-200℃下进行预处理,就能得到塑性物料。如果锌屑比较高,物料在l00℃以下就能塑化。

    2.氯化锌的脱水作用

      通过TG-DTG(热重分析-微商热重分析)研究可以发现,氯化锌的添加改变了生物质原料在炭活化过程中的反应历程,炭中的氢和氧以水的形式脱除,而不是按通常的热解反应形成各种酸类、醇类、酚类等含碳有机挥发物。同时还能抑制焦油的产生,更多地保留了原料中的碳素,这可以从氯化锌法制活性炭的得率加以证实。


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    3.加速炭活化过程

      炭活化需要在一定温度下进行,原料炭化和气体活化即使直接加热也是通过烟道气、空气或水蒸气作为热载体的,这些气体的热导率很低,比液态氯化锌的热导率要低十几倍,比固体氯化锌低得更多。此外,由于氯化锌对木屑的润胀作用,它能渗透到原料颗粒内部,使原料受热均匀。因此,浸渍过氯化锌的木屑升温快而且均匀,不发生局部过热,一般氯化锌炭活化时间为1-3h。

    4.改变炭化反应历程

      木质原料炭化时,除了产生低分子化合物,如乙酸、甲醇及其他酮、醛、酯外,还产生大约占原料10%-15%的木焦油,炭化产生的气体呈赤橙色,冷凝后得到黑褐色钻稠液体。

    5.氯化锌的芳香缩合作用

      对叙化锌活化法初期所生成的产物进行分析测定,结果认为一部分原料是在液相炭化而形成了炭的结构,称这种作用为芳香缩合。用木屑或纤维素作原料,以15%-65%的氯化锌水溶液在140℃温度下浸渍,然后将溶剂抽出物用紫外吸收光谱法进行分析测定,结果发现有葡萄糖,戊醛糖、糖醛酸和糖酸等一些分子最约为160-240的物质。这些物质在更高的温度下(300℃以上)炭化成炭的组成部分。由此推测,木屑原料最初被ZnCl₂溶液水解并低分子化。接着催化脱水,并促进中间产物糖醛酸和醛糖缩合成缩醛,受热后进一步芳香环化,这种凝缩类炭在氯化锌溶液中不溶解,而在活化过程中形成炭的乱层微晶结构。还要指出的是,在这期间,氯化锌呈液体状态,具有流动性,当碳分子重排时,不起阻碍作用,并且还有利于炭的孔隙结构形成。


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    6.氯化锌的骨架作用

      研究者们认为氯化锌在炭化时形成骨架,给新生碳提供沉积的骨架。新生碳具有初生的键,对无机元素有吸引力,能使碳与无机元素牢固地结合在一起,就像用含炭物质烧锅炉一样,吸附在锅炉壁上的炭很难用机械方法除去。当用酸和水把无机成分溶解洗净之后,碳的表面便暴露出来,成为具有吸附力的活性炭内表面积。

 
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