微波功率对糠醛渣活性炭脱硫性能的影响

微波功率对糠醛渣活性炭脱硫性能的影响摘要本文利用微波加热二氧化碳物理活化制备糠醛渣脱硫活性炭，重点研究微波功率（125W—625W）对糠醛渣活性炭脱硫性能的影响。用QuantachromeNOVAAutomatedGasSorptionSystem仪器研究了活性炭孔结构变化；测定了活性炭的碘吸附值；用联碱中和法测定了表面官能团含量；测定了活性炭的累积脱硫量和平均脱率。结果表明，500W时得到的活性炭孔结构最完善，碘吸附值最大，微波活化炭表面化学性质显碱性，表面酸性官能团部分分解，特别是羧酸官能团几乎分解完全,仅剩0.0345mmol/g，碱性官能团含量增加，平均脱硫率达72.55%。关键词微波辐照；活性炭；脱硫性能；孔结构；表面官能团1引言活性炭是一种具有特殊结构和性能的微晶质碳，具有丰富的孔隙和很大的比表面积，因此具有很强的选择性吸附能力。它广泛地应用于化学、化工和环境保护等工业，是一项重要的工业产品。活性炭的制备方法是通常采用电炉直接炭化与活化。但是，这种传统的加热方式[1]耗工耗时耗能，而且物料受热不匀和传热方向上存在很大的温度差。微波加热[1-4]具有高效性、选择性、非接触性、整体性和均匀性、快速启动与快速停止性，物体的升温不是通过热能的传递而是靠电磁能转变为热能来实现的，是一种内加热方式。目前，微波加热来制备活性炭的研究和报道在国内外已有不少[5-11]，但国内以微波辐照—化学活化法[9-11]具多。旅物婚理托活习化紫法叛中突碳盒与杨二舅氧烫化鞋碳术活融化军反肿应朵的蛋总秒方槽程营式碑为播：香C呆(春s均)贡+柏C腔O笨2或(秧g最)买→蜘2棕C忆O鸭(脏g额)模芳-用1惕7杜0系.色5欧0于K遮J及,帅是神吸针热隔反掉应叠,龙反饰应乔温贸度离在厘8澡5泊0充℃妻左吸右浓。朋有宁很博多起文贷献播报银道脏[闹6拣,童8侨]够，外碳沃是桶一梁种暑很师好些的咸吸旨收延微秆波妈的殃材榆料谱，悉它则在昼微头波陡辐平照冬下投(略在然6事0夜0防W当时申)杨，维很明短磨的盾时沫间啄内结（馆约草一聋分秤钟骨）拉就界能底从惰室矿温誓上握升咱到险1唇3减0跃0蚊K菜左炎右鸡。类因烈此乌，右用害微罚波隙加监热附—寿物鼓理侮活饿化汁法梢制间备植活辅性截炭奶是百可碰行辫的吹。折又粗有偶资氧料瞎报判道唯[但1巡2访,滑1团3壁]享了汤，医糠翅醛剃渣悬活英性仰炭翼是壳一犹种好脱掘硫覆效驴果樱很牺好皇的呢活盖性中炭皆,隙这得是毒由朴于久糠恢醛也渣矩活搞性佩炭意孔薪结揉构门和槐表盘面浆化芳学够结弟构教特速殊赴性分所只决启定员的言。梯而欠用抚微化波题加企热她物饥理纽活向化瘦来允制挥备能脱稍硫梨活男性煮炭沙的络研芬究劲国陡内捏还棒未糟见座报月道释。粘采没用烤微内波米加担热角—区二郑氧壁化卵碳迷活炮化景制词备相糠剪醛透渣舞脱并硫但活铅性锄炭蚂，期通执过忌正航交符实霜验驱后揭发俊现树微栏波扑功疤率况是肤影掏响吹活骨性茂炭遇脱还硫弱性待能影的忍最壶重喝要爬的搁因班素旱，妇本果文杀通环过赶保下持阁二饼氧凑化朝碳怨通奸量止(密3罢0中0穿m蹲l戚/悼m俘i短n份)烤，仗活菠化努时屿间杠(袋2丘5闲m雀i种n批)展不姻变艇，径在乳不于同蹈微划波墨功舅率维(阳1住2柄5智W疯、皆2计5妥0廊W怕、厅3盘7夸5蔬W朋、差5鬼0睛0盖W刻、稼6苏2子5予W谢)书条研件谋下刃制更备护了兴糠委醛报渣旁脱营硫陶活痒性翅炭童,排重朗点斜研克究减了盲微矮波遍功成率习对抖糠岩醛吊渣兵活螺性富炭踢脱过硫突性讯能社的旋影膏响柳。描2蒙筋术实才验幻部辜分扑2芹.假1燥婚样塑品舍制海备暂本露实吨验步以养河承南吊宇舅新福活苗性糕炭妻厂棋提亮供网的殃P特W劫-溉1撕炭情化填料尝(鼻糠乓醛赵渣谅炭披化旬料杆)液为盆活叨化骗原帅料疮；格以俭二怜氧绑化巡碳喝气球体镰为饺活胸化吗剂早；债以致微算波客辐蜻照扣为虾热雷源庭来曾制盖取漫活缴性贤炭掘，桥微垃波段活镜化疑设宾备博见幻图洲2喜.婶1衣汪拦怜送盖扔绘钓丝微忙得伯文馋亲根盼啦星沉刷梅景图宝2中.翁1膏氮绸气勿钢群瓶娇确2杆.议二成氧和化乳碳微钢评瓶绕芦3皱.芝减肯压析阀堂舅4渴.且转剩子变流盟量轧计币槐5仍.蔽姓M肃C撇L扛-幻3是微域波榜发遭生呆器热6卷.浑石滚英现反续应钥器担沃7稀.谎保谨温语材介料浇笑8结.渣尾愉气娃吸素收恶瓶室良9草.吨功唤率厌调感节蹦器庭追1东0蹄.婶稳迟压到器谋实菌验妙步猎骤感：票将睬含摩湿助量壳相据同渗的广P貌W鉴-葱1老炭茂化县料吹（基2争0苏克架）以装爪入宁石台英兼反拳应罢器读中两，话接埋好貌通漂气治和离通乱电因装耻置月，灿打烂开跟二埋氧错化申气严阀坡调窄节陈气臣流丝量招至候稳县态尘(剑3霉0王0扁m宏l胜/抓m般i桃n智)醋，乞同荐时翻让诱微所波锈炉鬼空缘载遗预观热屋二巴分列钟农，漆加加载锦一禁定下功命率锡的趟微楚波饿辐幅照炼到肺炉费腔夺中其并目维托持演2抢5肃m佛i斯n污分覆钟老，略待泉活字化丈反划应屠结既束疑后裕，旅通误入悬高啄纯渗氮创气参至犁常提温痕，例关膀闭抚氮虎气赢取弄出著活筋化接产巩物落称屠量驾并盏计崖算臣得勾率货。忧2纱.丸2煤微活愚性斗炭餐的堡比逆表期面艘积晋和域孔心结疲构廉测聋试灵用裳美缸国蜂Q草u守a雀n词t翁a戒c倾h龄r过o滤m扫e鹿株I誓n亭s差t福r叼u策m裤e嘴n揉t仇季C隔o泄r而p凑o干r榜a死t客i市o垃n萝肃生榨产即的包Q城u滑a孤n对t给a条c加h厨r啄o熟m容e培珍N耍O唇V买A尘造A倡u柴t象o烛m茫a诉t围e咸d净缎G侍a俱s咬污S夏o音r库p驼t庆i榜o消n糠拴S页y椒s米t译e华m党仪谱器蔬，梳以驳N谨2汇为腰吸倦附偷质妥，唤在瓦液扯氮伴温勇度颗（怎7岂7稻K登）冈下油对宣活滤性荒炭弯进船行钞物非理刮吸偏附滥。床应娘用窄B泄E灾T司恋方同程垮确盈定接活器性业炭秆的杀表甜面疑积炭。年通辟过阶B挠J条H啊法昌分糟析详中恰孔吹结苦构亦，河H县-描K炒法斧分邀析钢微泄孔旅结尺构伏。鞭2茧.事3疯滩碘返吸舍附捆值杨的宴测博试弱活灶性纯炭慎碘秧吸恶附拿值诞的确测径定坊采临用买中丧华闲人楚民夸共惠和触国尚林印业抵部摸G谁B既／葛T舞召1臣2厨4励9话6图.粗8葡一塞1饲9京9尸9爹。被2更.符4恩兼表寺面洪官激能予团鬼的巩测夹试坛采光用熔德婆国柱学妇者穴B俊o奔e泪h净m知冬H照.本封P陆.饿教御授避[买1陈4花]晃提极出案的葬联阅碱贫中隔和赢法刊来插测银定瞧活寄性晓炭菜表华面茂的朱碱悉性鱼官苏能踪团涛和匪酸忠性粉官自能厕团钞（崖羧蠢基蒜、收内煎酯浓基项、倦酚洪羟体基芳）康的症含昆量女。昌2房.谨5真亏脱葱硫贷性修能益的苍测当试亚S岛O傻2啊脱滤除呆实亦验躬在荡固该定焦床积玻鬼璃框反饱应枪器怪中研进蹦行愿，菊脱馒硫盛装丈置研图煌如蹲图模2激.猾2炮务所歪示欺。典样膀品著用旗量澡均估为炕4仇.蕉0寻g灾，甘装悦填锁高夺度旨约祸为队5瓜0由m请m贴，纤用恐恒恼温锣水侵浴恶恒读温炊。秘模出拟捷烟价气服为炼钢狮瓶爷气音配另制寸。续图稀2抛.军2鲜脱烂硫警装倦置傻图若混乏合敞气崇体勉钢猜瓶抛墓2易.每减膨压累阀菜环3稳.狡缓沙冲送瓶安茫4职.获转斯子倾流煮量斤计叫熄5闭.惯反裕应浊器上夹帜套纪水内循索环希泵米语6走.功超朵级情恒维温劝水哗浴焰垒7建.铜饱裁和称增肯湿族器济史8径.雕温械度条计经箩9炮.上反粒应插器旨团1炭0豪.魔三灵通铸阀赔陕1矛1鹊.魔采惧样旋瓶固侍1讯2辛.登尾条气联吸浑收虎瓶姿疯1彻3咳.软湿习式秋流沈量钱计坡梢脱害硫尽实帐验廉中填气标体姑流如速皂为纪3据2甘2吓m河l挖/韵m稍i诸n轿,荡反炼应药器抚温滥度坑为泊2羞9右8演.仍6锅K创，灶S对O再2摘初卡始确浓机度赌控宝制妹在牛3饼0宅0软0庆p刻p昌m婶与吼3晋1孔0敌0程p暂p必m其之掉间澡,但流裤量拿计改通您过跟一衬升抵时销采赌样浴一书次围，涂每未间或隔呀一坦升劳采塞一鱼次塞。蔑以素累奇积首脱月硫堂量项和熄平第均猛脱瑞硫侧率查为虽评趁价间脱温硫话性财能匪。陈累犹积拌脱致硫议量训为环每吹一脸次猴采以样活所昌得敏脱拥硫变量格的姥累诉加展，腥平司均卡脱糖硫悄率具为绳每往一唇次餐采早样忧所挂得淡脱健硫还率稻的膀平电均奋值侧。可S模O服2邮浓耍度局采排用溪3净%赛双佩氧酒水伙溶平液蚊吸腥收晚，耳用湿氢量氧弓化兼钠坡标娇准守溶瓶液盖进董行蚊滴咬定坝,燕盒以残甲充基衡红砍—戒溴箱甲满酚真绿陈混沉合芝指博示谎剂间指御示戒终搅点傻。珠累病积甲脱艰硫杂量沫公出式盒如旗下猜：患式绳中制：贿为均累旁积镜脱膀硫尖量南(疯m梯g限/嫁g挎)百；斧为覆脱辆硫梳剂跪质烧量瑞(析g黎)语；锈V这G潮a缺s萌为悼采召样砖体扒积齿1慌L困;燃亦V凝N躁a蓬O乘H督为齿滴阵定费双羽氧好水丘中拨所页含驻硫霞酸惹所召消纤耗鼓的好N艇a影O箩H土体巧积昏(公L息)柏,剖V茅空削白拐表滋示权同槐体降积德没举有筋吸混收脂S两O粮2秤双屠氧迈水价所叨消姜耗警的朵N偿a改O之H讯体蓬积沙(换L沸)行,谱C次N挂a乐O雪H兄表迎示较N厉a忌O让H货的捐浓鬼度游(未m惑o沉l站/蜓L址)裳3杠.思结症果念与押讨阁论内3伐.嘉1晨感功赢率趴对间活扛性抚炭绩结派构鱼的涉影淋响依3肾.滴1付.懂1具拉对伪比阻表升面殃积豆的苏影房响派图室3围.司1佣.瓣1备功喘率僵与桨比伐表嫌面越积免关恳系泰图贝招恭借论广券丢粱钢费瑞容粗劳全图菊3毯.豪1械.鞠2努功握率自与庭孔滨容粱关具系规图由图3.1.1可以得到微波功率从125W到250W，比表面积上升幅度很大，250W与375W之间稍有下降趋势，但从375W到500能之枝间谷又刃出良现焦一佛个琴很宴大袖的椒上梁升接幅柿度狱，絮而陡5农0愁0缴W瞧到政6鞋2盛5溜W台之告间校又抗出概现渐下基降队。肥总钢体按来督看艺，秆随详着守微击波驶功棍率笛的洗增素大臭，庄比扶表茅面柳积勤是疫增时大伪的植，夹只斤不宰过还在故5善0瓜0带W俗附辛近帐出电现著了丑一筹个涛最清大待值芦，圆比凑表愉面慧积葱达香1长8风7踪.尽7守m事2资/载g达。貌因墙为乡炭仿化萍料启是牛强哀的姻吸蚁收欧波圣材折料作，牢在海微分波蒙场锯中痒受酸到扑诱霉导掉产卷生同瞬巩时协高毅速忆偶颈极党运阳动辟（担约庄1陈0裂8贩次奴/枕秒浙）群而漠相研互韵间江发旨生禾摩仰擦里，主使来电越磁仍能邮转生变抱为醋热丑能沾，的是杀一要种质内锋加久热炕方驼式所，傲并宋且箱微执波信的箱功环率化大巾小具直约接剃决胆定匠了弯炭死化沾料形本纲身寄的怠温寺度甲的招高束低寒。秧在抛1寨2临5听W忽与匙2致5词0婚W还之粉间器，肾微露波瓶功挑率止太贫小剖，赤物葵料堵表拔层亩温作度量比死较赞低皮，丹活她化博反昨应青进玩行控得茶不肥够辱完危全盒，榴不导足标以授使皆炭宁化遥料派孔杨道协更首多丈地责产貌生洗和爹发裳展症，澡相跳反拐物扯料暴内梦层若温挺度查要遥比次较球高自，境发益生浊了唱热扯解撕反奸应煤，惹所义得诉的披热万解意产包物酷又搁堵纤住碎了协活除化俊反街应秀所航得泻的郑孔矮道图，锦出塞现曾了骆孔灰容届减汉小杨的辆现族象科，文在安3峡7梳5热W寒时贩这印种址现短象画尤暑为夕明旱显迟，柜如惯图塔3波.橡1垮2吼；失当你高唯于暖3杀7季5翼W环时脸物加料魔的蛾表使层填温慨度捏与元内牛层岸温窜度匠差故缩早小透了眼很猫多食，怜而话且箱整筒体章温使度孟更仅有抱利谷于鸭活跟化脚反熄应到的位进峡行注，符表薪层锋活惧化创反够应却快职速税完预成西，样并膨进哑一从步册向鼻内请层臂扩监展泊，较打厕通宵了配炭添化惯料伴本风身浩所税含校和馅活逐化交反欺应啊初雨期由热醋解治反早应毅所堤造睁成摔的凡死虎孔至道惹，辱比份表缎面贡积土增数大婆了泼许他多钉。域但疾随渣着葱功挣率游的俗继赢续馋增江大盟时迹，猴出割现筛了泥孔怎径白扩右大掩的躁现驻象滚，矮见终图估3录.杠1框.万3箭。虹因蓄为缠活紫化芽反娇应柳太蒙剧葬烈顿，山烧棕失仍许家多元了询微肠孔按表桃面溜，患造遥成醋比仰表显面赖积肥减否小忍的秩现印象躁发敌生芦。3.1.2对孔容的影响由图3.1.2可以得到孔容随微波功率增大的变化规律与比表面积的变化规律是一致的。最大值点出现在500W处，孔容达13.68×10-2cc/g。出现这样的变化规律依然同3.1.1节中论述的一致。3.1.3对平均孔径大小的影响图3.1.3微波功率与平均孔径关系图3.1.4功率与得率的关系由图3.1.3可以看到微波功率从125W到250W时，平均孔径变小，从250W到375W，平均孔径稍有变大(3.167nm到3.281nm)，这是由于微波功率太小，炭表面的温度不足以充分活化，孔道更不能向内层伸展和扩展，孔分布很分散，不均一；而从375W到500W时，平均孔径逐渐变小到最小值(2.916nm)，这是由于炭表层温度与内层温度都很较高，活化反应能向深层进行与发展，孔分布出现集中的倾向；500W以上，孔径又有微小的增大，活化反应过度加剧，微孔集中分布和中孔集中分布向变大的方向移动。3.1.4对得率的影响从图3.1.4(b)中可以看到随着功率的增大，活性炭的得率是逐渐减小。因为随着功率的增加，活化反应越剧烈，烧失了更多的碳。3.1.5对表面结构的影响对表面酸性官能团含量的影响图3.1.5(a)酸性官能团总含量与功率关系图3.1.5(b)羧酸基官能团含量与功率关系活性炭除了孔结构影响吸附性能外，表面结构也对吸附性能产生很大的影响。从图3.1.5(a)中可以看到随着微波功率变大，表面酸性总含量随之减小，从图中可以发现当功率大于250W时，表面酸性总含量下降趋势更快,到625W时几乎达到炭化料的一半。这是由于微波功率的大小直接反映到炭表面的温度高低上，在低功率下分解温度低的酸性官能团得到分解(如羧酸基官能团分解温度只有200-300℃[15])，分解温度高的酸性官能团继续保留；在高功率下，炭表面温度很高，分解温度高的酸性官能团也分解了。在图3.1.5(b)考察了分解温度低的羧酸官能团的分解情况，功率大于250W时，其分解速度更快，功率达到625W时，活性炭表面几乎没有羧酸官能团了，其含量为0.0124mmol/g。由此可见，活性炭在微波中活化时既是一个活化过程，又是一个热分解过程，热分解的结果是使酸性官能团含量变小，其结果使得碱性官能团的含量增大，如图3.1.5(c)。对表面碱性官能团的影响图3.1.5(c)表面碱性官能团含量与功率的关系由图3.1.5(c)可以明显地看到碱性官能团的数量从加热前的1.0mmol/g上升到625W加热时所得的1.23mmol/g，增加了023mmol/g，从图3.1.5(a)中可以看到酸性官能损失了近0.23mmol/g，也就是说碱性官能团在高功率微波辐照下是稳定的，而酸性官能团是不稳定的，这样造成了表面显碱性的炭化料随微波功率的增大，表面的碱性增强。3.2功率对碘吸附性能的影响图3.2辐照功率与碘吸附值关系由图3.2可以发现微波辐照功率对活性炭的碘吸附值的影响是随着微波功率的变大，碘吸附值是先变大后变小，其变化规律与3.1节中的表面积和孔容随功率变化的规律一致。变大的原因是因为微波功率的大小直接决定了炭表面活化温度的高低，而功率大于500W时，活化反应太过强烈，烧失了部分的微孔，孔径分布更多地倾向于中孔分布，使得比面积变小，碘吸附值也随之变小。3.4功率对脱硫性能的影响图3.4(a)各样品累积脱硫量与脱硫时间关系图3.4(b)各样平均脱硫率与功率关系注：图中的0W表示炭化料，其余的为在不同功率下所制备的样品。从图3.4(a)中可以发现随着微波加热的功率增大，所得样品的脱硫性能也在增强，在4000s时，625W样的累积脱硫量约是炭化料的二倍，平均脱硫率达到76.06%。用功率制备375W的样明显高于250W的样，而从孔径结构来分析375W的样和250W的样，375W的比表面积（134.4m2/g）和孔容(11.02×10-2cc/g)还略小于250W的比表面积（149.2m2/g）和孔容(11.82×10-2cc/g)，但前者的累积脱硫量和平均脱硫率，如图3.4(b)，都好于后者，这说明了决定脱硫性能不光取决于孔结构。因为从表面结构上来分析，前者的碱性官能含量高于后者。同样，从图3.4(a)中发现,500W和600W所得到的活性炭的比表面积与孔容分别为187.7m2/g与13.68×10-2cc/g和179.2m2/g与12.58×10-2cc/g，前者的数值都大于后者，但在累积脱硫曲线和平均脱率上反映的都是后者的脱硫性能好于前者，因为后者碱性官能团的含量大于前者,同样证明了不同功率下制备的糠醛渣活性炭的脱硫性能不仅与孔结构有关还与表面官能团碱性强弱有关。4结论(1)微波物理活化制备糠醛渣脱硫活性炭是可行的,本实验微波物理活化制备糠醛渣活性炭的活化功率最好选择在500W左右，此功率下所得活性的比表面积为187.7m2/g，孔容为13.68×10-2cc/g，平孔径大小为2.916nm,属中孔类型的活性炭，平均脱硫率达72.55%,远超过炭化料的52.27%。(2)微波加热物理活化过程是既是一个活化反应过程又是一个热解过程。活化反应过程首先发生在炭的表层，然后延伸到炭的内层；热分解过程既包括了内层的热解过程又包括了表面官能团分解过程。(3)糠醛渣炭化料在微波加热过程中，表面酸性官能团部分分解，特别是羧酸官能团几乎分解完全,仅剩0.0345mmol/g，碱性官能团含量增加，微波活化炭表面化学性质显碱性。参考文献[1]MenendezJA,MenendezEM.,GarciaA,etal.Thermaltreatmentofactivecarbons:Acomparisonbetweenmicrowaveandelectricalheating[J].J.Microw.PowerElectromagn.Energy,1999,34(3):137-143[2]KaziE.Haque.Microwaveenergyformineraltreatmentprocess一abriefreview[J]..,1999,57:1-24[3]JonesDA,lelyveldTP,MavrofidisSD,etal.Microwaveheatingapplicationsinenvironmentalengineering—areview[J].ReSources,ConservationandRecycling,2002,34:75-90[4]Thostenson,E.T.,Chou,T.-W.,Microwaveprocessing:fundamentalsandapplications,Composites:PartA,1999,30:1055-1071[5]YangKS,YoouYJ,LeeMS,etal.Furthercarbonizationofanisotropicandisotropicpitch-basedcarbonbymicrowaveirradiation[J].Carbon,2002,40:897[6]GuoJ,LuaAC.Preparationofactivatedcarbonfromoil-palm-stonecharsbymicrowave-inducedcarbondioxideactivation,Carbon,2000,38:1985-1993[7]JamesE,Atwater,RichardR,WheelerJ.Complexpermittivitiesanddielectricrelaxationofgranularactivatedcarbonsatmicrowavefrequenciesbetween0.2and26GHz[J].Carbon,2003,41:1801-1807[8]LorenM,Norman,ChaCY.Productionofactivatedcarbonfromcoalcharsusingmicrowaveenergy[J].,1996,140:87-110[9]樊希安、彭金辉,秦文峰等.微波辐射在制备竹节活性炭中的应用研究[J].离子交换与吸附，2003，19（3）:254-261[10]林秀兰.微波辐射在木质纤维原料热化学加工中的应用[J].化工学报,1999,50（3）:421-427[11]陈金根,余养伦,赵丽华等.微波辐照制备竹类活性炭及表征[J].林产化学与工业,2003,23(2):48-50[12]赵修松,蔡光宇,王作周等.糠醛渣活性炭的制备和性能研究[J].林产化学与工业,1994,14(2):57-60[13]庞勃.用糠醛渣制取脱硫活性炭[J].河南化工,1992,10:36-38[14]BoehmHP.Someaspectsofthesurfacechemistryofcarbonblacksandothercarbons[J].Carbon,1994,32(5):759-769[15]立本英機[日],安部郁夫[日]主编.活性炭的应用技术：其维持管理及存在问题[M].第一版.高尚愚译编.2002年7月:17-18InfluenceofMicrowavePoweronDe