以石油渣油制備活性炭的研究

車春波，楊寧逸，于 望，崔雪桐，趙仁波，王 薇

(哈爾濱商業(yè)大學環(huán)境工程系，哈爾濱150076)

含碳量較高的活性炭，環(huán)保[1]、醫(yī)藥[2]、軍事[3]等領域都具有廣泛的使用范圍.以木材及優(yōu)質煤為原料生產活性炭，存在著原料來源少、成本高等問題，而煉油產生的副產物石油渣油富含碳質，價格低，制得的活性炭比表面積大;另外，石油渣油的灰分、揮發(fā)份低，生產的活性炭雜質含量少[4－5].因此以石油渣油為原料制備活性炭，既能充分利用石油資源，又能降低活性炭生產成本.

1 活性炭的制備

以哈爾濱煉油廠催化裂化產生的油漿為石油渣油，其主要物性數據為:軟化點為22℃，密度1.039 4 kg/L，水和沉淀物的質量分數為0.4%，灰分的質量分數為0.38%，硫的質量分數為0.36%.實驗中所用其他試劑均為分析純試劑.

制備方法:取適量石油渣油，然后按一定質量比(石油渣油∶活化劑)與活化劑混合，在N2保護下于一定溫度活化后，所得活化產品依次用水洗，酸洗，再水洗至中性，干燥后即得產品.活性炭亞甲基藍吸附值按照“GB/T7702.6－2008煤質顆?；钚蕴吭囼灧椒ǎ瓉喖谆{吸附值的測定”方法測試.

2 結果和討論

2.1 活化劑的選擇

在活化溫度為500℃，活化時間為2 h，選擇三種不同的活化劑進行制取活性炭，制得的活性炭其亞甲基藍吸附值如表1所示.

由表1可知，在不同的質量比條件下，磷酸作為活化劑制得的活性炭對亞甲基藍均有較好的吸附能力.在相同的條件下，活化劑與石油渣油間分散越均勻制得的活性炭空隙分布越均勻、越有利于吸附操作進行.磷酸與石油渣油在活化過程中，能更好的分散到石油渣油中，因此選擇磷酸為活化劑.

表1 活化劑制得的活性炭亞甲基藍吸附 單位:(mg·g－1)

2.2 活化劑用量對活性炭亞甲基藍吸附量的影響

在活化溫度為600℃，活化時間為2 h，不同的活化劑加入量進行活化，制得的活性炭其亞甲基藍吸附值如表2所示.

表2 不同質量比條件下活性炭對亞甲基藍吸附能力

由表2可知，石油渣油與磷酸的質量比1∶1時制得的活性炭對亞甲基藍的吸附能力最佳.在磷酸的作用下石油渣油表面不斷產生CO等氣體，石油渣油中水分蒸發(fā)，因此原料表面形成大量的孔隙，隨著磷酸投加量的增加，孔隙增多吸附性能顯著提高，但當磷酸達到最佳值后，過多的磷酸繼續(xù)與孔隙內碳質反應，使生成的活性炭孔隙增大.而大孔隙對吸附是不利的，因此表現出吸附性能下降.

2.3 活化時間對活性炭亞甲基藍吸附量的影響

在質量比1∶1，活化溫度為600℃，不同的活化時間制得的活性炭其亞甲基藍吸附值如表3.

表3 在不同活化時間條件下活性炭對亞甲基藍吸附能力

由表3可知，活化時間對活性炭吸附能力的影響并不顯著，因此，綜合經濟性考慮選擇活化時間為 1.5 h.

2.4 活化溫度對活性炭亞甲基藍吸附量的影響

在質量比1∶1，活化時間 1.5 h，不同的活化溫度制得的活性炭其亞甲基藍吸附值如表4所示.

表4 在不同活化溫度條件下活性炭對亞甲基藍吸附能力

由表4可知，溫度由450℃升高到550℃時，亞甲基藍吸附值提高了34.21%，即由較低溫度時升高溫度有利于提高活性炭的吸附能力.在550、600、650℃時吸附能力基本不發(fā)生變化，表明在此溫度范圍內活性炭孔隙率沒有明顯增加.

2.5 正交實驗

根據制備活性炭的單因素實驗結果，設計3因素3水平正交實驗，從因素顯著性方面進行方差分析，確定各反應因素對活性炭吸附性能的影響程度.

表5 L9(33)正交實驗及實驗結果

由表5可知R3＞R1＞R2，各反應條件對亞甲基藍吸附值影響程度的大小為活化溫度最強、質量比其次、活化時間最弱.最佳反應參數為C2A2B2;即最佳反應條件是:活化溫度550℃、質量比1∶1、活化時間 1.5 h.

3 結語

對于以石油渣油為原料制備活性炭最佳活化劑為磷酸;最佳工藝條件為活化溫度550℃、質量比1∶1、活化時間1.5 h.上述實驗為石油渣油制取活性炭提供了實驗依據，但是制得的活性炭吸附能力不夠高，還有待進一步改進制備工藝.

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