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超临界水活化褐煤制取活性炭 超临界水活化褐煤制取活性炭 第２２卷第３期 文章编号：１００７培８２７（２００７）０３－０２６４－０７ 。堡兰！竺！些竺！堡坠！ 超临界水活化褐煤制取活性炭 程乐明１”，姜炜１”，张荣１， （１．中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实驻室．山西太原０３０００１；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９） 以超临界水（ＳＣＷ）活化褐煤制取活性炭为目的，在毕连续￥ｃｗ反应装置上，研究了活化温度（６００℃一 ７００℃）、压力（０．１ＭＰａ一３０ＭＰａ）和ＫＯＨ添加量（质量分数为０％一１５％）对小龙潭褐煤所制活性炭吸附性能和孔结构的影响。结果表明：升高活化温度有利于煤转化率、活性炭ＢＥＴ比表面和碘吸附值的增加，同时中孔比例也明 显升高。与相同温度下常压水蒸气活化相比，ＳＣＷ活化反应有利于活性炭的吸附性能和中孔比例的升高。６５０℃时活化压力由０ＩＭＰａ升至２５ＭＰａ，活性炭ＢＥＴ比表面增加７４％，中孔所占比例增加３８％左右。煤中添加质量分数１０％ＫＯＨ可进一步促进孔隙生成，活性炭ＢＥＴ比表面可这８２５ｍ２／ｇ。此外，ＫＯＨ还可与煤中的矿物质发生反应，通过酸洗脱除活性炭中的灰分至质量分数２％以下。关键宇：褐煤；活性炭；超临界水；比表面；孔结构；活化中国分类号：ＴＱ４２４，１＋１ 文献标识码：Ａ 活性炭具有不同的ｉＬ隙结构，广泛用于净化、催 英、黄铁矿和黏土等可与所添加的催化剂发生反应，在随后稀酸清洗残余催化剂时形成可溶物得以脱除，降低了产品中的灰分含量，从而降低了对原煤灰分的要求，避免了原料煤预脱灰工序。Ｆ．ｓａｌｖａｄｏｒ等”ｏ提出了以ＳＣＷ和ＳＣ—ＣＯ：作为活化剂对炭化焦进行活化的概念装置，但没有具体的实验结果报 道。ＣａｉＱｉｏｎｇ等”４１报道了酚醛树脂炭化料在 化剂载体、储气材料和医药等领域。褐煤具有廉价和碳骨架孔结构丰富的特点，是制备活性炭的重要原料之一。在工业常规煤葳活性炭制备过程中，要求原料煤中灰分含量较低或经预先脱灰过程，且必须经炭化和活化两步进行。前者以脱除挥发分 （６００ｏＣ一８００℃）为目的，后者则通过气化反应打开 ＳＣＷ中活化制取活性炭的实验研究，在６５０℃、３６】Ｍ］Ｐａ下反应６ｈ后，ＢＥＴ比表面达９１９ｍ２／ｇ，与相同转化率下水蒸气活化活性炭相比，ＳＣＷ活性炭的中孔比例略高。 前期关于煤在ＳＣＷ中热解和制氢反应过程的研究表明”’４Ｊ，ＳＣＷ制氢可以集热解、萃取、气化和水煤气变换反应为一体，生成富氢气体，通过控制反应条件碳转化率可达３０％～６０％。由于煤在ＳＣＷ中达到完全转化需要较为苛刻的条件或较长的停留时间，而通过调节ＳＣＷ参数，控制煤热解和部分气化反应从而生成富氢气体，同时利用上述反应所产生的多孔固体产物制取炭材料，可能是进一步提高过程经济性的选择之一。笔者在半连续ＳＣＷ反应装置上，考察了活化温度、压力等条件对小龙潭褐煤所制活性炭吸附性能和｝Ｌ结构的影响。以探讨ＳＣＷ中褐煤生成活性炭的可行性。此外，为了迸一步提 炭材料表面封闭的碳７Ｌ和生成新孔来制取多孔性炭材料（８００℃一１ ｏＣ），反应时间一般需要２ｈ～ ６ｈ，工艺复杂且能耗较高。 超临界水（Ｓｕｐｅｒｃｄｆｉｃａｌｗａｔｅｒ，ＳＣＷ）是指温度 和压力均高于水的临界点（３７４℃、２２．１ＭＰａ）的状态。ＳＣＷ兼有气态和液态水的特点，具有扩散性好、溶解度高、低黏度和高密度的特性，目前已证明ＳＣＷ在有机合成”ｏ、废弃物处理”１和畲碳有机物制氢方面”“具有独特的优势。由于ＳＣＷ具有优良的扩散性和对有机物的溶解性，不仅可渗透到煤微ｉＬ中萃取热解产物如焦油、气体分子等，使炭化料表面的孔呈开放状态；而且还可深入碳孔深处发生活化反应，促进孔隙生成并提高活化速率。此外，ＳＣＷ还可携带碱金属催化剂到达碳孔内部，大幅提高活性炭的｝Ｌ容积和比表面；原料煤中的灰分如石 收稿日期：２００７４Ｂ－２２；修回日期：２００７４）６－０２ 基金项目：国家重点基础研究发展（９７３）计划（２００６ｃＢ７０５８００）。通讯作者：毕继诚，Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｉｊｃ＠ｓｘｉｃｅ．∞．佣 作者简介：程乐明（１９７７－），男，山西人，博士，从事堪在超ｌ临界水中的转化研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｌｌ曲ｇｈ＠ｓｘｉｃｃ．∞∞ 程乐明等：超临界水活化褐煤制取活性炭?２６５? 高活性炭的品质，还考察了ＫＯＨ催化剂对活性炭吸附性能和灰分脱除的影响。 表１小龙褐煤的性质 ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＸｉａｏｌｏｎｇｔａｎｃｏａｌ ．。黑１０：｛竺划、