利用垃圾微波裂解固体产物制作活性炭

四川理工学院毕业论文中文摘要Ⅰ利用垃圾微波裂解固体产物制作活性炭的研究摘要垃圾微波裂解会产生大量的固体废弃物，为了防止其二次污染，需要进行固体资源化利用。本文先采用筛分的方法得到碳含量更高的固体粉末，经酸洗、浮选进一步提高碳含量，达到制备活性炭所需要碳含量的要求，再进行水蒸气活化，最终得到活性炭。实验中，各部分的碳含量要用X荧光衍射仪进行测定，得到的活性炭要进行碘吸附值、亚甲蓝吸附值及比表面积的测定，得到的试验结论如下：采用200目的筛下粉，经酸洗和浮选后可以达到制备活性炭所需要的碳含量，较适宜的酸洗工艺为采用30%的盐酸，酸洗温度为90℃，时间为20min；水蒸气活化温度为950℃，活化时间为5h，蒸汽流量0.5L/min。最终测定制备的活性炭碘吸附值为470mg/g，亚甲蓝吸附值为47mg/g，比表面积值为830m2/g。关键词：固体废弃物，活性炭，碳含量，水蒸气活化四川理工学院毕业论文英文摘要目录TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 1ABSTRACT II1绪论 11.1研究的目的和意义 11.1.1研究的目的 11.1.2研究的意义 11.2国内外研究及现状 21.3活性炭及其表征 31.3.1活性炭 31.3.2活性炭的种类 31.3.3活性炭的吸附原理 41.3.4活性炭的表征 52实验部分 62.1实验药品与仪器 62.2工艺技术路线 82.2.1工艺路线图 82.2.2活性炭制备工艺 9实验准备 9多级筛选 9酸洗水洗 9浮选 10水蒸气活化 102.2.3检测方法 122.2.4关键技术解决 123实验数据及分析 143.1多级筛选 143.2酸洗水洗 153.3影响气体活化的因素 163.3.1活化剂对活化过程的影响 163.3.2活化温度的影响 173.3.3活化时间的影响 183.3.4水蒸气流量的影响 193.4小结 194结论 214.1结论 214.2本课题的创新之处 21参考文献 22附录 23附录1：实验中的原始数据 23致谢 24四川理工学院毕业论文绪论1绪论活性炭是用多种原料经炭化和活化过程制成的优良的多孔性吸附材料，是由微晶炭和无定型炭构成，含有数量不等的灰分。其最大特点是具有发达的孔隙结构和大的比表面积（500～3000m2/g），吸附性能良好，广泛应用于化学工业、食品加工、交通能源、医疗卫生、农业、国防等领域，以及环境保护和人类生活等各个方面。活性炭是黑色粉末或颗粒状的无定形碳。活性炭主要成分除了碳以外还有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。1.1研究的目的和意义1.1.1研究的目的活性炭是一种用途很广的吸附剂和催化剂，它是由一些含碳的原料经过炭化和活化等加工过程生产出来的。其颜色为黑色，主要由碳元素构成。具有高度发达的孔隙结构和巨大的表面积，其表面上还含有(或在制备过程中产生的一些有机官能团。活性炭具有相对稳定的物理、化学性质，它可以在不同温度、酸碱度及多种溶剂中发挥它出色的吸附性能和催化性能。但由于制备成本较高的原因使其利用受到了限制，因此近年来国内外活性炭制备研究的重点集中在如何利用价廉且含碳量较高的农业废弃物和废弃轮胎等石油产品来制备，这样在得到高比表面积的活性炭产品时也可以极大的降低成本。在所有的吸附剂中，活性炭是最常用的水处理用吸附剂，包括粒状活性炭、粉状活性炭和活性炭纤维等。采用活性炭可以有效去除废水中的活性染料、碱性染料、偶氮染料:对于水溶性的染料，吸附速率快，脱色效果好，但由于易于饱和，不宜用于高浓度废水处理;对于不溶性染料，由于它们的溶解度低，故吸附时间很长，活性炭对它们几乎完全不能吸附或很少吸附。目前世界活性炭产量约70万吨，其中50%一60%用于水处理。由于商用活性炭对许多染料都有较好的处理效果，因此它在染料废水处理技术上占有重要的地位。1.1.2研究的意义随着人们环保意识的增强，垃圾对环境的危害已逐步被人们所认识，并已引起各国政府及有关部门的高度重视[1]。国内外的许多实践经验已经证明，采用科学方法处理可以实现垃圾的无害化与资源化，变废为宝，在保护了环境的同时也回收了资源[2]。发达国家通常对城市生活垃圾进行科学的分类管理，合理的管理机构框架有利于实现垃圾从收集、清运、处理到开发利用的规范化和程序化，可以将废弃物按照用途进行归类，如分为纸张、橡胶、塑料、玻璃等，有效地回收利用，变废为宝，既保护了环境，又创造了社会效益，同时也再创造了经济利益，减少了对废弃物处理的费用，使垃圾处理减量化。而本文主要是利用垃圾的裂解残渣进行资源化利用，制备活性炭，其在实际生活中的应用有相当大的前景[3]。活性炭的用途：1、空气净化2、污水处理场排气吸附3、饮料水处理4、电厂水预处理5、废水回收前处理6、生物法污水处理7、有毒废水处理8、石化无碱脱硫醇9、溶剂回收10、化工催化剂载体11、滤毒罐12、黄金提取13、化工品储存排气净化14、制糖、酒类、味精医药、食品精制、脱色15、乙烯脱盐水填料16、汽车尾气净化17、PTA氧化装置净化气体18、印刷油墨的除杂1.2国内外研究及现状垃圾处理处置已经成为当今世界的重大环境问题。为了适应环境保护的要求，减小危害，需要采取适宜的技术来安全处理、运输、储存、处置废物。微波处理废物就是一种适宜的方法，与其它的处理方法相比它具有以下优点：污染物明显减容；快速加热；可达到高温；选择性加热；促进化学反应；适于污染物原位处理；对危险物质处理和固定使其达到法律规定的贮存、运输和处置标准；处理过程迅速，适应性好，并可采用远程控制，易于控制[4]。垃圾微波裂解是近几年发展起来的一项处理生活垃圾的新技术。它是将生活垃圾在隔绝空气的条件下进行加热，使生活垃圾断裂成为小分子的碳氢化合物。在裂化后生成炭黑类的渣，而生活垃圾中的硫、氯及重金属等有害物质都残留在这些废渣中。该裂化技术经专家在现场考证后，认为该技术符合国家对生活垃圾的资源化、减量化、无害化的要求。采用微波技术能用废物制备活性炭[5]。活性炭发达的细孔结构和超大的比表面积使得它具有极强的吸附性能，活性炭质轻、对热稳定、力学性能好，还具有较强的耐酸和耐碱性能。鉴于活性炭的优异特性，其应用领域不断扩大，从用于食品和医药的脱色与除味、防毒面具，发展到大规模应用于溶剂精制与回收、催化剂或催化剂载体、脱除原子能设施放出的放射性物质、空气净化、烟气脱硫、食品保鲜、医药制品、血液净化等领域，近年来又在大容量电容器、天然气贮存等领域得到新的应用。尤其是近20年来，活性炭应用于净化给水、污水处理、净化空气并除去生产中排出的有害气体，成为与人们生产和生活紧密相连不可缺少的物质。目前世界活性炭年消费量超过70万吨，并以每年巧%的速度递增。其中美国活性炭市场容量为22~25万吨，需要从国外进口约为20%，包括每年从中国进口的大约2万吨左右的活性炭。由于美国环保法律的严格实施，近年来用于环保的活性炭以平均25%的速度增长。因此，活性炭特别是高比表面积活性炭在工业上有着极大的发展前景[6]。四川理工学院毕业论文绪论1.3活性炭及其表征1.3.1活性炭活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，1克活性炭材料中微孔的总内表面积可高达700~2300平方米，也就是说，在一个米粒大小的活性炭颗粒中，微孔的内表面积相当于一个大客厅内墙面的大小[7]。正是这些微孔使得活性炭能“捕捉”各种有毒有害气体和杂质。一战期间，德军第一次运用毒气作战，世界上第一批用活性炭做成的防毒面具也应运而生。随着以“室内空气污染”为标志的第三污染时期的到来，城市居民越来越向往和渴求纯净空气，各种活性炭产品正在走进千家万户[8]。1.3.2活性炭的种类由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭的种类很多，到目前为止尚无精确的统计材料，大约有上千个品种[9]。按原料来源分1.木质活性炭2.兽骨、血炭3.矿物质原料活性炭4.其它原料的活性炭5.再生活性炭按制造方法分1.化学法活性炭（化学炭）2.物理法活性炭3.化学–物理法或物理–化学法活性炭按外观形状分1.粉状活性炭2.颗粒活性炭3.不定型颗料活性炭4.圆柱形活性炭5.球形活性炭6.其它形状的活性炭按孔径分大孔半径>20000nm过渡孔半径150～20000nm 微孔半径<150nm活性炭的表面积主要是由微孔提供的，1.3.3活性炭的吸附原理活性炭是一种很细小的炭粒有很大的表面积，而且炭粒中还有更细小的孔——毛细管[10]。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体（杂质）充分接触。当这些气体（杂质）碰到毛细管被吸附，起净化作用。活性炭的表面积研究是非常重要的，活性炭的比表面积检测数据只有采用BET[11]方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T7702.21-1997）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法[12]。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。F-Sorb2400[13]比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。活性炭对各气体的吸附能力（单位：ml/cm3)[14]：H2、O2、N2、Cl2、CO24.5、35、11、494、971.3.4活性炭的表征比表面积的计算方法:BET方法是最经典的方法。BET方程表达式为:n/nm=CP/(P0-P)[1+(C-1)(P/P0)]式中:n为吸附量；nm为饱和吸附量；P0为饱和蒸气压；尸为吸附压力；C为常数。BET理论假定固体表面是均匀的，同一层分子之间没有相互作用力，从第二层始的吸附类似于液化过程，将式进行代数变换得:(P/P0)/n(1-P/P0)=1/nmC+(C-1)(P/P0)/nmC由(P/P0)/n(1-P/P0)对(P/P0)作图，一般在0.05-0.35之间呈线性关系利用线性拟合的斜率和截距即可求出饱和吸附量nm，由饱和吸附量即可以比表面积S:S=6.023×1023nmσ式中:S为比表面积，σ为分子的横截面积，77K时氮气分子的横截面积一般取16.2×10-20m2[15]BET方程只适用于吸附等温线的一部分，适用范围与吸附剂和吸附质密切相关，一般来说，相对压力P/P0<0.30，但有些吸附剂只适于P/P0<0.10[16]，超出此范围会产生较大偏差。理想化假设是产生偏差的主要原因，BET方程主要存在以下不足:（1）假设同一吸附层分子间无相互作用，上下层分子间却存在吸引力，这本身就是矛盾的，实际固体表面总是不均匀的，各点的吸附能力不同，最初的吸附总是发生在能量最有利的位置上，在孔隙内形成单分子层不可能处处相同；（2）低压下的强吸附不仅包括单分子层覆盖还包括微孔的初步填充，在吸附剂表面不均匀情况下难以确定氮气分子截面积σ[17]。四川理工学院毕业论文实验2实验2.1实验药品与仪器裂解固体残渣经分选后得到原炭料和无机质灰分,原炭料可制备活性炭，无机质灰分可制备硅钙板或填料。原炭料中碳含量较低，砂质和无机杂质含量高，并含有焦油等四川理工学院毕业论文实验有机油质物，无碳素材料常见的黝黑光泽。试验原料见表2.1，试验主体设备见表2.2。表2.1试验原料序号试剂名规格厂家备注1柴油10#自贡市加油站捕捉剂2仲辛醇化学纯天津市科密欧化学试剂开发中心发泡剂3氢氧化钠化学纯重庆博艺化学试剂有限公司絮凝剂4盐酸化学纯重庆川东化工有限公司化学试剂厂酸洗5碘分析纯成都市科龙化工试剂厂吸附检测6碘化钾分析纯重庆川东化工有限公司化学试剂厂吸附检测7可溶性淀粉分析纯成都市科龙化工试剂厂吸附检测8硫代硫酸钠分析纯重庆川东化工有限公司化学试剂厂吸附检测9硫酸分析纯成都金山化学试剂有限公司吸附检测10重铬酸钾分析纯重庆博艺化学试剂有限公司吸附检测表2.2实验主体设备序号设备名称型号厂家备注1标准检验筛标准型浙江上虞市华丰五金仪器有限公司垃圾裂解后原炭料的筛选2振动筛YSS-300北京燕山正德机械设备有限公司垃圾裂解后原炭料的筛选3电子秤ACS-15A上海友声衡器有限公司垃圾裂解后原炭料的称量4新型单槽浮选机XFD-1.5厦门程功矿业设备有限公司垃圾裂解后原炭料的筛选后的浮选集炭。5物理天平JYT-1上海医用激光仪器厂灰分检测称量和药剂的称量6管式炉SK-2-10沈阳节能电炉厂活性炭的活化实验7箱式电阻炉SX2-4-10沈阳节能电炉厂灰分实验和空气焖烧实验8箱式电阻炉SX2-4-10沈阳节能电炉厂灰分实验空气焖烧实验9超声波清洗器KQ50DE昆山市超声仪器有限公司活性炭吸附值检测的匀化10孔隙比表面积仪SSA420北京彼奥德电子有限公司活性炭比表面检测2.2工艺技术路线2.2.1工艺路线图裂解固体产物裂解固体产物粉磨粉磨旋风分离旋风分离易粉碎的细粉粒难磨粗颗粒易粉碎的细粉粒难磨粗颗粒磁性粉末磁分离密度分离磁性粉末磁分离密度分离硫化浮选分离炼铁（饲料,磁性材料,铁红涂料）硫化浮选分离炼铁（饲料,磁性材料,铁红涂料）高密分离物未（部分）裂解有机物高密分离物未（部分）裂解有机物磁分离微波裂解炉微粉粗重粉末水泥磁分离微波裂解炉微粉粗重粉末水泥粉磨铁，炼钢电分离粉磨铁，炼钢电分离油墨碳素材料油墨碳素材料活性碳橡胶填料提取碳微球高端碳素材料高碳含量的微粉硅钙成分较多的微粉塑料填料旋风分离旋风分离其它金属无机硅钙砖其它金属无机硅钙砖图2.1垃圾微波裂解固体产物资源化利用流程图筛选筛选筛下物过滤水洗活化干燥成品检测合格粗级浮选第二级精选第三级精选第一次精选（加碱对硅化物絮凝）垃圾初选的筛上物多级筛选多级筛选筛上物垃圾裂解后原炭料垃圾裂解后原炭料酸洗除可溶性酸洗钙铝、铁混合物蒸汽管式炉活化蒸汽管式炉活化图2.2活性炭制备的工艺流程图2.2.2活性炭制备工艺实验准备在进行筛选前要在球墨机里进行球墨5-10min，目的是为了将炭料在球磨机里连续不断地被粉碎，得到的炭料粒径更小，更易筛分。多级筛选原炭料称量，用橡胶辊压碎（橡胶辊可以压碎炭粉团块，而不会将玻璃碎块和金属片、块压碎，保障筛选的过滤效率），再依次用40目、80目、120目、200目、260目及320目过筛。筛上物以及浮选沉淀物收集在一起，作为制作硅钙板的原料。筛选后得到的碳含量为46%左右。酸洗水洗用盐酸处理筛下物，质量比为1：5，加热到65℃~100℃，时间10~30min。然后将酸洗后的物料进行水洗,抽滤3次，除去可溶性的钙，铁，铝，镁等单质和化合物，碳含量提高到65%左右。浮选将酸洗、水洗后原炭料与水按1：10比例放入单槽浮选机中，1800r/min搅拌5min后，按顺序依次添加10#柴油0.8g/Kg和仲辛醇0.1g/Kg。在叶片转速1600r/min、空气流量3L/min条件下进行粗选，每次浮选都以无泡漂浮为标准。将粗选得到的泡沫按粗选条件在水中悬浮、添加仲辛醇为发泡剂进行3次精选，并根据原料炭中硅的含量加入少许氢氧化钠以絮凝、沉淀含硅化合物。精选结果发现溶液底层有明显的灰白色絮状沉积物，经检测主要为二氧化硅。在泡沫浮选结束后，将精选出的炭料准备进行蒸汽活化。水蒸气活化水蒸气活化又叫物理活化法，操作简单，生产成本较低，是制备活性炭最常用的方法。即利用水蒸气在高温条件下与碳发生的氧化还原反应侵蚀含碳化合物表面，使碳化物的孔结构更加发达，达到造孔活化的目的。活化过程分为五步：第一步，气相的活化剂向碳化料表面扩散；第二部，活化剂由颗粒表面通过孔隙向内部扩散；第三步，活化剂与碳发生反应生成气体；第四步，反应生成的气体从内部向颗粒表面扩散；第五步，反应生成的气体不断从表面扩散到气相空间。活化速度决定于气体扩散和化学反应最慢的那个阶段。活化必须尽可能的使颗粒内部气体浓度一致，使活化均匀进行。气体活化反应的本质是碳的氧化，这种氧化仅发生在“活性点”上，即与活性剂亲和力较大的部位才发生反应，如微晶边角和有缺陷位置的碳原子上。活化反应在活性炭细孔形成中有三个作用：（1）开孔作用。炭化时形成的空隙由于被焦油和其他分解生成的无定形炭所堵塞，造成闭孔，使被吸附分子无法进入空隙，无法产生吸附性。活化时这些焦油和无定形炭与气体活化剂反应而除去。使闭孔打开，比表面积增大。（2）扩孔作用。空隙表面部分碳原子与活化剂反应生成二氧化钛或一氧化碳而排出，是原有空隙增大甚至孔与孔之间由于烧蚀而连通起来形成通道，有利于气体活化剂向内部扩散。（3）造孔作用。部分位置由于与活化剂反应而形成新的空隙。以上三个作用形成活性炭发达的细孔结构，空隙率和比表面都增加。活化反应为碳与水蒸气的反应：水蒸气过量时：反应机理如下：括号表示化合物与炭表面相结合，处于可能的吸附状态。由于产生的氢可能结合在在活性点上，发生从而抑制了碳和水蒸气的反应。所以可以用下式表示炭被水蒸气和氢的混合物气化时的速度：其中：PH2，PH2O—氢和水蒸气的分压，Pa；K1，K2，K3—为实验测得的关于温度函数的常数图2.3活化装置图水蒸气活化一般在950℃进行，活化装置见图2.3。将精选后的炭料用垃圾微波裂解产生的焦油进行炭料捏合成直径为5mm料条放入坩埚舟并送入改造后的石英管炉膛中，通入一定流量的水蒸气和氮气，氮气调节烧蚀度。升温活化，活化温度700℃～1000℃。2.2.3检测方法碳含量的检测是用X荧光衍射仪测定的。要检测出其中的元素的含量，再通过计算得出其高价氧化物的质量分数，最后用100减去这些高价氧化物的质量分数之和得到的就为活性炭的碳含量。碘吸附值的测定：GB/T7702.7-2008煤质颗粒活性炭试验方法方法提要：在规定条件下，定量的试样与碘液充分振荡吸附后，用滴定法测定溶液残留碘量，求出每克试样吸附碘的毫克数，测定三个等温吸附点，绘制吸附等温线，取剩余碘浓度[c(1/2I2)=0.02mol/L]下每克试样吸附的碘量表示。碘吸附量：E=X/m；其中：E—碘吸附值，mg/g；X—吸附碘量，mg；m—试样试样剂量，g.亚甲蓝吸附值的测定：GB/T7702.6-2008煤质颗粒活性炭试验方法方法提要：试样与亚甲蓝溶液混合充分吸收，测定其溶液浓度的变化，计算亚甲蓝吸附量。亚甲蓝吸附值：Ay=cV/m；其中：Ay—亚甲蓝吸附值，mg/g；c—亚甲蓝溶液的浓度，mg/mL；V—测定试样所耗用的亚甲蓝溶液体积，mL；m—试样质量，g.比表面积的测定：GB/T7702.21-1997煤质颗粒活性炭试验方法方法提要：对预先经真空脱气处理的活性炭试样，在-1960C下吸附氧气，利用BET方程（二常数公式），根据单分子层吸附量及吸附质分子截面积，计算活性炭试样的比表面积。比表面积：S=4.353Vm/m其中S—活性炭比表面积，m2/g；Vm—单分子层吸附量，cm2；m—试样质量，g.2.2.4关键技术解决活性炭制备的工艺关键技术有以下两点：（1）原料要求炭含量超过70%以上，才能制备出具备大孔活性炭。生产具备过渡孔、细孔的活性炭，要求碳含量在80%以上。如何提高原炭料的含碳量是用裂解固体残余物制备活性炭的关键所在。固体残余物含碳量在40%左右，其余为金属、泥沙以及玻璃渣，成份比较复杂，需要分选进一步提高碳含量后才能应用于活化制备活性炭。筛选后的原料炭含量达到45%—60%之间，其中200目筛选后的效果最好，碳含量达到60%。筛选后物料酸洗水洗后除去可溶性盐，最后用浮选法分离。利用炭与灰分颗粒表面疏水性与亲水性的差别，将炭与非炭颗粒分离。筛选原炭料筛选原炭料筛上物筛下物搅拌桶浮选机高炭料底料灰粉料砂石料建材填料捕获剂发泡剂图2.4浮选法选炭工艺图浮选法选炭工艺流程见图2.4。捕收剂为煤油或柴油，起泡剂为仲辛醇。原炭中炭粒的表面润湿性和可浮性与煤炭相近，其接触角在60°左右，而原炭中其它颗粒的接触角较小，只有10°左右，在泡沫浮选过程中，由于炭粒接触角较大，它能粘附于气泡表面上浮，而粉煤灰等杂质颗粒接触角较小，不能粘附于气泡表面而留在底料中，在浮选药剂的作用下，炭粒与其它颗粒有效分离。在浮选时，由于硅炭两种元素为同族元素，物化方面很多性质相似，而且原炭料里的二氧化硅、硅酸盐等含硅化合物跟原炭料中的碳粒粒径相差不大，互相混合产生吸附抱团，过筛和酸洗很难将其分离。浮选时，加入少量氢氧化钠沉淀与碳粒吸附抱团的含硅化合物，在溶液底层沉积有明显灰白色絮状的沉积物，达到分离目的，可得到含碳量达到75%左右的炭料。（2）用改进的管式炉对炭料进行水蒸气活化。对炉进行改造，用一根长于炉膛15cm的石英管做为活化炉膛，并对外伸的管道进行保温处理，避免水蒸气凝结倒流。用两个坩埚舟错位盖住浸湿的炭料，放入炉膛活化，尽量减少氧气量。该工艺活化后活性炭吸碘值达到450左右。四川理工学院毕业论文实验数据及分析3实验数据及分析3.1筛分粒径以及酸洗对碳含量的影响实验先采用不同目数的筛子进行筛分，研究粒度分级对固体残渣中炭含量的影响。得到筛下质量分布如图3.1。不同筛分粒径下固体粉末产物中的碳含量以及酸洗后的碳含量如图3.2。从图3.2可以看出，粒径越小的粉末，其碳含量也越高。这是因为垃圾微波裂解具有低温快速的特点，裂解后得到的碳不易结块，易于粉末，在较短的粉末时间下（实验采用的是球磨时间为5~10min），都可以获得具有更高分散性和表面积的碳素粉末，而垃圾中带来的粘土、石沙、玻璃以及金属残渣，在较短球磨时间下，粒经变化较小。所以分离粒径越细，得到的固体粉末含炭量就越高。但从图3.1又可以看出，随着分离粒径的减少，最终得到的粉末质量分数也在不断地减少。选用200目的筛下粉末，酸洗后的碳含量可以达到65.13，然后经过后续处理可以达到制作活性碳的碳含量至少达到75%以上的要求，所以考虑到固体废物的充分利用，制作活性碳采用200目的筛下粉末较为合适。图3.1各级筛子得到的炭料剩余质量分数（%）图3.2不同级数筛子筛选后及酸洗后的碳含量（%）3.2酸洗参数对碳含量的影响本实验采用盐酸作为酸洗剂，实验中考虑到盐酸的浓度，加热温度以及加热时间的不同，对实验结果的影响也不相同。为了研究的方便，本文采用单一数据研究方法，先固定加热温度（本实验固定为85℃）和加热时间（本实验固定为20min），根据盐酸的浓度不同，进行一组实验，得到在不同盐酸浓度下酸洗得到的碳含量如图3.3。采用同样的方法，再根据3.3得到的最佳盐酸浓度，固定加热时间，由于加热温度的不同，进行一组实验，得到在不同加热温度下得到的碳含量如图3.4。最后根据3.4得到的最佳加热温度，由于加热时间的不同，进行一组实验，得到在不同加热时间下得到的含碳量如图3.5。图3.3不同盐酸浓度下酸洗得到的碳含量（%）图3.4不同加热温度下得到的碳含量（%）图3.5不同加热时间下得到的含碳量（%）由图3.3、3.4、3.5得到可以观察，在其余条件相同的条件下，选择实验参数应考虑实验的可操作性及最优性，在盐酸浓度、加热温度、加热时间继续升高，而对碳含量没有多大的影响。则根据图中可以选择实验中盐酸浓度为30%左右，加热温度为90℃～95℃,加热时间为18～25min时得到的碳含量达到最佳，且条件最合理。3.3影响气体活化的因素3.3.1活化剂对活化过程的影响各种活化剂与碳的反应速度不同。若以二氧化碳法活化反应速度定为1，则水蒸气活化速度为3，空气中氧的活化为1×105。空气氧化法的烧蚀度大，不易控制，活化后的吸附效果以水蒸气活化最好，调节蒸汽流量能很好的控制好烧蚀度和炭活化得率，见图3.6。蒸汽流量在0.85L/min左右时活化得率最佳。此时制得的活性炭主要为中孔和部分微孔的结构。图3.6蒸汽流量（L/min）与炭活化得率（%）的关系3.3.2活化温度的影响碳和气体的反应速度随温度升高而加快。随着活化温度的升高，反应活性呈直线上升，所以要在较高温度下活化。但活化温度过高会使活性炭的孔隙结构发生变化，微孔减少，吸附下降，同时烧蚀增加，收率降低。活化温度应根据炭化料的性质、产品用途和活化方式来决定。通常，以水蒸气活化温度为850～950℃，烟道气活化为900～950℃，空气活化为600℃左右。试验采取950℃水蒸气活化。由图3.7可看出950℃下活化，活性炭吸碘值和比表面都达到最大值。图3.7不同活化温度对吸碘值和比表面积的影响3.3.3活化时间的影响活化时间对碘吸附值和亚甲基蓝值的影响见图3.8。活化过程可以看成两个阶段：第一阶段，烧蚀率小于10%时，焦油和不定型炭选择性的烧蚀，闭塞孔隙打开，比表面提高；第二阶段，随活化过程继续进行，微晶炭烧蚀，细孔扩大微孔合并，比表面增速下降，继续长时间活化会使活性炭相关性能指标下降。活化时间在5h时，各吸附值达到最佳值。图3.8活化时间对碘吸附值和亚甲基蓝值的影响3.3.4水蒸气流量的影响水蒸汽流量增大，活化速率快。流速小，活性炭微孔容积大，碘吸附值会下降，见图3.9。蒸汽流量在0.4L/min时碘吸附值最高，试验兼顾活性炭收率和吸附性能，选择水蒸汽流量0.5L/min。图3.9蒸汽流量对碘吸附值的影响根据以上试验结果，优选最佳的活化工艺参数为：水蒸汽950℃活化5h，蒸汽流量0.5L/min。该工艺下制备的活性炭性能检测指标见表3.1：表3.1活性炭性能检测指标指标检测方法检测结果吸碘值GB/T7702.7—2008470mg/g亚甲基蓝值GB/T7702.6—200847mg/g比表面积GB/T7702.21—1997830m2/g3.4小结（1）、原炭料提纯垃圾微波裂解后的固体残余物大约含47%左右的碳，其余为金属、泥沙以及玻璃渣。其中硅元素大约为4%，钙元素为10%，铁元素在3%左右。200目筛筛选后含碳量能够达到45%～47%，目数过大容易漏掉细碳粉球/碳粉混合物，目数过小会损失碳成份。原炭料进行酸洗、水洗后碳含量达到65%。最后再通过浮选法对炭料进行精选，捕收剂为煤油或柴油，起泡剂为仲辛醇，浮选后炭料含碳量达到75%。（2）、活性炭制备最佳工艺参数在管式炉中通入水蒸汽对炭料进行活化处理。最佳水蒸气活化工艺参数：水蒸汽950℃活化5h，蒸汽流量0.5L/min。四川理工学院毕业论文结论4结论4.1结论本文主要是以垃圾微波裂解后的残渣作为原材料进行资源化利用制备活性炭的实验过程。通过对原材料的多级筛选、酸洗、水洗及浮选等操作以提高原材料的碳含量。然后再950℃下进行水蒸气活化，得到活性炭。实验结论如下：（1）选择在200目的筛子下筛分得到的粉末制备活性碳。（2）通过实验确定酸洗过程中所用的盐酸浓度为30%，加热温度为90℃～95℃,加热时间为18～25min。（3）最佳活化温度为950℃水蒸气活化，活化时间为5h。（4）水蒸汽流量在0.4L/min时碘吸附值达到最高，但试验兼顾活性炭收率和吸附性能，选择水蒸汽流量0.5L/min是进行实验。（5）制备的活性炭最终比表面积达到了830m2/g，碘吸附值为470mg/g，亚甲基蓝值为47mg/g。4.2本课题的创新之处（1）本文以城市固体有机废弃物作为制备活性炭原料，开展了活性炭性能的研究，但由于城市垃圾成分的多样性，应进一步利用其它城市固体有机废弃物的其它组分进行热解，开展这些热解物制备活性炭研究，考察其相关组分变化对活性炭吸附性能、孔结构的影响，以进一步扩大城市固体有机废弃物制备活性炭原料。（2）垃圾的微波裂解不止可以制备活性炭，还可以制备硅钙板等。（3）对于垃圾资源化利用的研究不会仅此于此，还有待于进一步的发展。四川理工学院毕业论文参考文献参考文献[1]闰庆松．城市垃圾产生量的预测方法[J]．山东环境，1994，6：39．[2]陈海滨，陶华，等．我国城市垃圾处理现状研究[J]．武汉城市建设学院学报，1997，14(3)：40—44．[3]王中民．城市垃圾处理与处置[M]．北京:中国环境科学出版社，1992．[4]韩雷，池涌，温俊明，吴旺明，倪明江，岑可法．城市固体废弃物典型组分的快速热分解产气特性研究[J]．能源与环境，2004，6：1—5．[5]北京市环境卫生科学研究所编著，固体废弃物的处理与处置[M]．北京高等教育出版社，1993．[6]聂永丰主编，三废处理工程技术手册(固体废物卷)[M]．北京化学工业出版社，2000．[7]国家统计局，中国统计年鉴(2000年)[M]．北京:中国统计出版社，2001．[8]赵由才，朱青山．城市生活垃圾卫生填埋技术与管理手册[M]．北京化学工业出版社，1999·[9]陈世和，张所明．城市垃圾堆肥原理与工艺[M]．上海复旦大学出版社，199