研究与探讨
传源南环境 CNN1-72-2
生物质热解制备富氮活性焦炭的研究进展
闻明张世红邵敬爱陈应泉王贤华杨海平陈汉平
(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074)
摘要在简单介绍生物质热解焦炭的高值化利用的基础上，概述当前以生物质作为原材料制备富氧活性焦炭的研究进展，看重介绍了富氮和活化的各种方式、原理以及其利用前景：并分析了在研究中存在的问题和今后发展的方向，最后对全文进行总结分析和展望。
关键词生物质富氟焦活化改性处理吸附
中图分类号：TQ424.1
文献标识码：A
生物质作为一种可再生的能源，是自然界中碳储量最大的潜在资源，其高效利用已逐渐被重视起来。生物热解焦炭作为热解的重要产物，是1种含碳量较高的芳香类物质。由于其储量大、易于获得，使得生物质焦炭用来制作吸附剂相比于煤制活性炭有巨大的优势。但是炭化后的生物质焦炭由于炭化过程中被生成的焦油状物质和非晶质碳堵塞、封闭故其孔结构远没有达到商业活性炭所要求的范围，这无法满足大容量吸附对于孔象结构的要求，必须使用活化介质对热解焦炭进行活化。同时现有研究表明增加焦炭表面的碱度有利于吸附CO,、NOx等酸性气体。碱性的官能团和丰富的孔
除结构将主导炭材料对于酸性气体的吸附 1生物质焦炭的活化
1.1生物质热解焦炭的活化方法与机理
通常焦炭的活化分为物理活化和化学活化。物理活化介质包括水蒸汽、二氧化碳等。水蒸汽活化是利用高温下碳与水蒸汽反应生成氢气和一氧化碳，在炭化物颗粒表面均匀扩散形成孔隙结构。Sun等人2使用橡胶籽壳作为原材料制取活性炭发现在温度为880℃、蒸汽流量6kg/h停留时闻为60min 时制备的活性炭比表面积能达到948m%g。Hakan等人3使用橄榄蔗渣作为原材料，使用水蒸汽为活化剂制备出来的活性炭比表面积能达到523~1106m/g，活性炭的吸附性能也大大增加，同时发现活化终温和停留时间是影响活化效果的决定因素。
CO,活化主要是利用CO;分子与碳原子在高温情况下发生反应造成碳损失增加，从面能有利于新孔的生成。赵瑞东等人*以梯壳活性炭为原材料，使用CO,为活化剂，在高温下对其活化发现活化前后其微孔体积和中孔体积明显增加，对于苯酚的吸附量明显增加。
化学活化最常见的是采用KOH和ZnCl活化，KOH作为活化剂在300℃~600℃发生分子间的交联和缩聚反应。 KOH的加人，抑制了焦油的生成，提高了反应的收率，使得活化反应的实际温度降低了大约100℃，在此温度下K0H 与原料中的碳反应，把其中的部分碳刻蚀掉，经过洗涤把生成的盐及多余的KOH洗去，在被刻蚀的位置出现了孔。
ZnCl,活化的机理有很多种说法，以Caturla(5)为代表的
文章编号：1672-9064(2015)05-023-02
学者们认为ZnCl,的存在使纤维索质原料发生脱氢反应并进一步芳构化,从而形成了孔。充分洗涤后，多余的ZnCl，等杂质被洗去，他们原来占据的位置就显出了孔。Ibarra等人认为ZnCl,的存在使脱氢反应加快，使之在400℃以下即能快速进行。
物理和化学活化法各有优缺点，物理活化方法工艺简单，活化介质易于获得，成本优势明显，不存在设备的魔蚀和环境污染。化学方法正好相反，优点是制备的活化焦炭孔醇率大，活化时间短，故能耗比较小，且产物的比表面积大；缺点是会污染环境。
1.2影响焦炭活化的因素
生物质热解焦炭在活化的过程中，受很多因素的影响，比如原料的种类、温度等。不同的生物质原料适用于不同用途的吸附剂，例如花生壳制备的活性炭在吸附水体中的重金属离子方面性能优异；面核桃壳制备的活性炭划体现出很好的吸附性能。温度对于活性炭活化有比较显著的影响。厉悦等研究表明在活化温度为750℃时，稽光活性炭的吸附性能最好，这说明不同的原料和不同的工艺过程需要不同的活化温度。
生物质焦炭的富氮改性 2
生物质焦炭富氮改性机理
2.1
碳基材料的碱度由2方面因素决定：①芳香环碳上能描获质子的电子：②能与质子结合的表面碱性官能团。Leon 等研究了2种碳材料的表面碱度，发现无氧的碳位点能够吸附溶液中的质子，这说明当出现含氧的酸性官能团时，电子的作用将被受到限制，影响其表面碱度。含氮官能团的引人方式有2种：①通过与含氮试剂反应：②使用含氮前驱体活化。含氮官能团的结构包括：酰胺基、亚胺、内酰胺、吡略和此啶基团，这些含氮基团能够增强碳表面与酸性分子(极性分子之间的取向力、H健、共价键)之间的交互反应。
增加表面碱度可以通过引进含氮官能团和移除表面酸性官能团来实现。有学者证实含氧官能团能够随着温度的升高而分解，从面使焦炭表面碱度得到提高。增加表面碱度的另一种用用氨水没溃的生物质焦炭其富氮效果不如在高温下氨气处理的焦炭，NH,在高温条件下会分解为-NHz、-NH
基金项目：国家自热科学基全项目（51276075,51406061）
作者简介：闲明（1988-)，男，项士，主要从事生物质高效转化与资源化利用。
通讯作者；张世红（1966-），男，教校，炼士生导师，研究领成；主要从事煤、生勃质高效落净利用。
2015.NO.5.
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