磷酸法自成型木質(zhì)顆?；钚蕴康闹苽溥^程與機(jī)理研究.pdf

1、基于物理法制備成型顆?；钚蕴啃枰褂谜辰Y(jié)劑，生產(chǎn)能耗高、成本高、操作繁雜;化學(xué)法顆粒活性炭難于同時(shí)滿足高吸附性和高強(qiáng)度的問題。論文提出以植物原料中纖維素、木質(zhì)素和半纖維素的模型物為實(shí)驗(yàn)參照物，采用比表面積分析儀、X-射線衍射儀、紅外光譜儀和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等分析磷酸法顆?；钚蕴孔猿尚瓦^程中木質(zhì)組分結(jié)構(gòu)的演變機(jī)制，揭示了磷酸法顆?；钚蕴康淖猿尚蜋C(jī)理，探明了自成型過程中起塑化和粘結(jié)作用的主要成分及來源，可望解決化學(xué)法自成型顆?；钚蕴可a(chǎn)

2、過程中存在的問題，為生產(chǎn)高強(qiáng)度高吸附性能的化學(xué)法顆粒活性炭提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 以杉木屑為原料，采用磷酸活化法在不添加粘結(jié)劑的條件下制備自成型顆?；钚蕴俊Ｑ芯拷Y(jié)果表明，捏合熱處理后，磷酸的催化作用促進(jìn)了木質(zhì)原料發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，引進(jìn)了含磷官能團(tuán)和C=C=C鍵。捏合時(shí)間較短時(shí)，磷酸對(duì)木質(zhì)原料主要起水解和潤(rùn)脹作用。捏合時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，木質(zhì)原料主要發(fā)生脫水和聚合反應(yīng)。捏合熱處理過程中，在酸催化、機(jī)械力和

3、熱力的作用下，木質(zhì)原料發(fā)生水解降解，形成具有粘結(jié)劑、抗氧化劑共同作用的體系，促使木質(zhì)原料在不另外添加粘結(jié)性物質(zhì)的條件下實(shí)現(xiàn)自成型。自成型過程中，起粘結(jié)作用的主要成分是糠醛均聚或縮聚形成的呋喃類樹脂。浸漬比的增大，有利于顆?；钚蕴靠紫督Y(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，但不利于強(qiáng)度的提高。木質(zhì)顆?；钚蕴吭谧猿尚瓦^程中生成的粘結(jié)劑并未堵塞活性炭的孔隙，自成型過程可以制得孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的活性炭產(chǎn)品。
　　 以微晶纖維素為原料，采用磷酸活化法在不添加粘結(jié)劑的條件

4、下制各自成型纖維素基顆?；钚蕴?。研究結(jié)果表明，捏合熱處理后，纖維素的游離羥基、氫鍵、CH基團(tuán)和C-O基團(tuán)的含量增加，并引入了含磷官能團(tuán)、C=C=C鍵、C=C鍵和C=O鍵。捏合時(shí)間較短時(shí)，磷酸主要對(duì)纖維素的無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)起水解和潤(rùn)脹作用。捏合時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，磷酸主要起脫水和熱分解的作用。在捏合熱處理過程中，纖維素大分子在酸催化、熱力和機(jī)械力作用下，發(fā)生水解降解，形成粘結(jié)劑、塑化劑和抗氧化劑共同作用的體系，促使纖維素原料在不另外添加粘結(jié)性物質(zhì)

5、的條件下實(shí)現(xiàn)自成型。纖維素自成型過程中，起粘結(jié)作用的主要成分是糠醛均聚或縮聚形成的呋喃類樹脂，起塑化作用的主要成分為4-甲基苯酚。浸漬比的增大，有利于纖維素基顆?；钚蕴课叫阅艿奶岣吆涂紫督Y(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，但不利于強(qiáng)度的提高。
　　 以半纖維素的模型物——木聚糖為原料，采用磷酸活化法在不添加粘結(jié)劑的條件下制各自成型半纖維素基顆?；钚蕴?。研究結(jié)果表明，在捏合熱處理過程中，半纖維素在酸催化、熱力和機(jī)械力的作用下，發(fā)生水解降解，形成粘結(jié)劑、

6、有機(jī)合成中間體和抗氧化劑共同作用的體系，促使半纖維素原料在不另外添加粘結(jié)性物質(zhì)的條件下實(shí)現(xiàn)自成型。半纖維素自成型過程中，起粘結(jié)作用的主要成分是糠醛均聚或縮聚形成的呋喃類樹脂。炭活化溫度的升高不利于半纖維素基顆?；钚蕴课叫阅艿奶岣吆涂紫督Y(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，但有利于強(qiáng)度的提高。
　　 在纖維素/木質(zhì)素和纖維素/半纖維素的混合物制備自成型顆?；钚蕴窟^程中，隨著木質(zhì)素和半纖維素比例的提高，顆粒活性炭的強(qiáng)度呈先升后降的趨勢(shì)。在捏合加熱過程中，纖

7、維素與半纖維素的水解降解產(chǎn)物間發(fā)生了協(xié)同效應(yīng)，形成更多具有粘結(jié)性能的物質(zhì)，使其強(qiáng)度高于纖維素和半纖維素單獨(dú)制備的顆?；钚蕴?。不同比例的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的混合物制備顆?；钚蕴康倪^程中，纖維素比例的提高有利于強(qiáng)度的增加，木質(zhì)素和半纖維素比例的增加不利于強(qiáng)度的提高。在杉木屑與模型物混合制各自成型顆粒活性炭的過程中，隨著纖維素比例的提高，強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。隨著木質(zhì)素和半纖維素比例的提高，強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。與杉木屑制得的顆粒活性炭相比，添加纖

8、維素和木質(zhì)素有利于強(qiáng)度的提高，顆粒活性炭強(qiáng)度增大的因素主要來源于纖維素和木質(zhì)素。捏合產(chǎn)物中糠醛含量的增加有利于顆?；钚蕴繌?qiáng)度的提高，糠醛含量太高反而不利于強(qiáng)度的提高。
　　 對(duì)自成型木質(zhì)顆?；钚蕴吭诩淄榇鎯?chǔ)和醋酸乙烯催化劑載體活性炭方面的應(yīng)用進(jìn)行研究。結(jié)果表明，隨著浸漬比的升高，顆?；钚蕴康募淄槲搅砍氏壬蠼档内厔?shì)，單位體積的甲烷吸附量呈下降的趨勢(shì)。隨著炭活化溫度的升高，顆粒活性炭的表觀密度、強(qiáng)度和醋酸鋅吸附量呈不斷上升的趨勢(shì)