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控制煤制活性炭碳化工藝的過程

控制煤制活性炭碳化工藝的過程
      在煤質活性炭中,盡管不同的煤的化學組成變化很大,但其有共同的結構特征一一都含有能近似共面連接的芳香層單元,井伴隨著有機脂肪、脂環和氧化芳香組分的明顯凸起。正是由于這些凸起“基團”限止了芳香層按石墨結構模式的排列。

當煤受熱時,由于煤大分子的凸起部分鍵能最弱,加熱使其斷裂形成碎片.釋放出被它們鎖住的芳香層。這些碎片與先前包嵌在煤結構網絡中的小分子物質一起,起著流動潤滑劑的作用。他們插入芳香層之間,阻止芳香層的交聯,抵消範德華相互作用,促使芳香層在層面方向上相對滑移,相互取向,生成各向異性的炭素前驅體。

正是可移動的芳香層平面、小分子碎片、未能逸出而束縛在質膠體中的氣體以及小分子量的芳香化合物之間的組合促進生成石墨化的炭化物。因此,缺乏或破壞上述因素的一個或幾個.就可使煤炭化時難以生成足夠的液體,煤炭化後生成各向同性、無定形炭爲主的炭素前驅體。在低級別的煤中(如褐煤),熱解時雖然有充足的“潤滑劑”但由于煤大分子的平面芳香層單元太小,並幾分散.就不能形成擇優取向所要求的有效堆垛和層間相對滑動。因此低變質程度的煤炭化産物一般是無定形爲主的各向同性炭。而在高級別煤中(某些無煙煤),盡管垂直芳香層方向的芳香C一C化學交聯鍵有很高的熱穩定性,同時也缺乏足夠的“潤淆劑’,但由于這類煤中在熱處理前就已經是定向排列的,故碳化物仍是近石墨化的産物。

对煤制活性炭的碳化过程的控制:氧化作用使得煤的大分子及侧链内部的反应性提高,使得聚合反应从低温处即开始进行,更多的侧链低分子化合物好像被各种含氧官能团的架桥结构“封闭”在煤分子内难以逸出; KOH的加入是使脂肪烃化合物在很低的温度下反应产生氢 逸出,而 ZnC12 的加入却是通过自己的催化裂解作用减少低分子烃的量;缓慢炭化则是以尽可 能慢的速度把煤的粘结成分在低温徐徐加热分解,在不表现出明显的塑性阶段时直接使其固化形成炭的骨架,生成取向性斧的无定形炭。

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