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粘胶基活性炭纤维的制备与生产工艺研究

作　者: 关建建
导　师: 王同华
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 活性炭纤维吸附微孔材料浸渍剂
分类号: TQ342.742
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 228次
引　用: 2次
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内容摘要

活性炭纤维(Activated Carbon Fibers, ACFs),是一种具有高吸附性能的炭质吸附材料。其拥有发达的孔隙结构,超过50%的碳原子分布于内外表面。与传统的颗粒状活性炭(Granular Activated Carbon, GAC)相比,活性炭纤维有着孔径分布窄、吸附容量大、吸附脱附速率快等优点,广泛应用于空气净化、水净化、溶剂回收、医疗卫生、电子等行业。粘胶基、聚丙烯腈(PAN)基、酚醛基、沥青基活性炭纤维是活性炭纤维的主要产品,国内主要集中在粘胶基活性炭纤维的生产。但是,国内粘胶基活性炭纤维的生产存在着收率低、产品性能低、工艺不成熟等问题。针对以上粘胶基活性炭纤维生产中存在的问题,本论文对粘胶基活性炭纤维制备中的预处理、低温炭化、活化等阶段展开研究,开发出具有高吸附性能和高收率的浸渍剂配方,并考察了浸渍剂浓度和活化条件对粘胶基活性炭纤维收率和吸附性能的影响。在实验室已有研究成果的基础上,解决了粘胶基活性炭纤维工业生产中存在的问题,完善了车间生产工艺。研究结果表明：(1)浸渍剂配方Ⅰ和配方Ⅱ有效地降低活性炭纤维的生产成本,同时提高了粘胶基活性炭纤维的收率和吸附性能。在一定范围内,随着浸渍剂浓度的提高、活化温度的提高、活化时间的延长所得到的活性炭纤维的吸附性能提高,但是产品收率降低。考虑到实际生产的需求,配方Ⅰ和配方Ⅱ作为粘胶纤维浸渍剂,浸渍剂担载率应控制在20%、活化温度为880℃、活化时间为30min、水碳比为5。所得到的活性炭纤维拥有发达的孔隙结构和良好的吸附性能,碘值、苯值和亚甲基蓝值达到1481mg/g、558mg/g和473mg/g。(2)实验室的研究成果在活性炭纤维生产中应用,改善活性炭纤维的生产工艺,ACFs产品质量也更加稳定。生产中应该保证粘胶基纤维毡具有充分的浸渍时间；适当降低纤维毡走速,以保证纤维毡在炭化炉内足够的停留时间；增加活化炉水蒸气通量。合理调整炭化炉和活化炉内温度分布和排气量：炭化阶段增加焦油析出区间的排气,以减少焦油对产品质量的影响；活化阶段适当提高活化温度,并控制好活化炉排气口的位置。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-28
  1.1 活性炭纤维简介  10-13
    1.1.1 活性炭纤维工业的发展  10
    1.1.2 活性炭纤维基本特征  10-12
    1.1.3 活性炭纤维的种类及基本特点  12
    1.1.4 活性炭纤维表面形态与孔结构  12-13
  1.2 活性炭纤维的制备  13-18
    1.2.1 预处理  13-14
    1.2.2 炭化  14-15
    1.2.3 活化  15-17
    1.2.4 活性炭纤维的孔径控制  17
    1.2.5 活性炭纤维的改性  17-18
  1.3 活性炭纤维的吸附原理  18-21
    1.3.1 吸附等温线  18-19
    1.3.2 吸附质在ACFs上的吸附原理  19-20
    1.3.3 活性炭纤维吸附能力计算  20-21
  1.4 活性炭纤维的应用  21-26
    1.4.1 溶剂回收  21-23
    1.4.2 空气的净化  23-24
    1.4.3 水净化  24-25
    1.4.4 电子工业的应用  25
    1.4.5 医用  25-26
  1.5 粘胶基活性炭纤维发展趋势  26-27
  1.6 论文的研究内容和目的  27-28
2 粘胶基活性炭纤维的制备  28-50
  2.1 实验室装置及方法  28
    2.1.1 实验原料  28
    2.1.2 仪器设备  28
  2.2 活性炭纤维及其前躯体的表征方法  28-32
    2.2.1 热重分析  28-29
    2.2.2 氮吸附  29
    2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)  29
    2.2.4 碘吸附值  29-30
    2.2.5 苯吸附值  30-32
    2.2.6 甲基蓝值  32
    2.2.7 灰分  32
  2.3 粘胶基活性炭纤维实验室制备  32-33
    2.3.1 实验室制备过程  32-33
    2.3.2 炭化活化装置  33
  2.4 粘胶基活性炭纤维制备工艺的优化  33-49
    2.4.1 浸渍剂配方的考察  33-37
    2.4.2 配方ⅠACFs制备工艺的考察  37-41
    2.4.3 配方ⅡACFs制备工艺的考察  41-44
    2.4.4 配方Ⅰ、Ⅱ与纯组分A浸渍效果比较  44-49
  2.5 小结  49-50
3 粘胶基活性炭纤维的生产  50-55
  3.1 ACFs生产设备  50-51
    3.1.1 浸渍干燥装置  50
    3.1.2 炭化装置  50
    3.1.3 活化装置  50-51
  3.2 粘胶基活性炭纤维工业生产工艺  51-53
    3.2.1 活性炭纤维生产流程  51
    3.2.2 生产中的工艺调控  51
    3.2.3 生产中需要注意的问题  51-53
  3.3 工艺调整后的产品评价  53-55
结论  55-56
参考文献  56-59
致谢  59-60

粘胶基活性炭纤维的制备与生产工艺研究

内容摘要

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