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不同炭质添加剂对新疆活性炭强度和吸附性能的影响__北京瑞兹新疆活性炭有限公司

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       人们在买房、装饰装修和购买家具时特别注意室内环境,室内环境质量的优劣直接关系到人体的健康。

       资料表明,室内空气污染比室外高5~10 倍,室内空气污染物多达500 多种, 影响人体健康的有害物质主要为挥发性有机化合物,可溶性铅、镉、铬和汞等重金属,室内空气污染已成为多种疾病的诱因,而甲醛则是造成室内空气污染的一个主要方面。

       据研究,长期接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、使人感到周身不适、头痛、眩晕、恶心,并抑制肌体的某些免疫分子和免疫细胞的功能,诱发过敏性鼻炎和支气管炎,甚至可以引起鼻癌。

       高比表面积的新疆活性炭对甲醛有强烈的吸附作用,而块状新疆活性炭具有一定的形状,且无粉尘污染,便于回收,易于脱附,而且将块状新疆活性炭雕刻成各种工艺品,既是很好的室内装饰,又能吸附挥发性有机化合物,降低室内空气污染。

       国内外很多学者以强度较好的天然植物材料为前驱体,直接炭化活化得到块状新疆活性炭,此种方法成型简单,产品抗压强度高, 但耐磨强度下降太多。

       以粉状新疆活性炭添加黏结剂黏结成型,制备出高比表面积的块状新疆活性炭, 这种成型方法得到的产品成本较高。

       而关于低成本、高强度、机械加工性能好、可用于吸附室内有害挥发性有机物的块状新疆活性炭却鲜见报道。

       瑞兹新疆活性炭采用粉状新疆活性炭(PAC)为主要原料,以羧甲基纤维素(CMC)为黏结剂,以碳酸氢钠为发泡剂, 添加适量炭质添加剂(CA)以降低成本,黏结成型制备出物美价廉的块状新疆活性炭。

       
瑞兹新疆活性炭采用的原料为自制PAC 为吸附基体,用CMC为黏结剂将其黏结成型,添加NaHCO3为发泡剂使低温热处理的过程中试样产生大量的大孔及中孔连通孔,黏结剂添加比例为15%,发泡剂添加比例为30%,添加量以吸附基体为100%外加。

       成型后发现试样吸附性很好, 但成型能力非常差,其强度、表观和可加工性不能满足后处理的要求,为实现成型新疆活性炭的低成本、高强度、机械加工性能好和具有良好吸附性的条件, 添加适量CA 替换部分PAC,替换PAC 用的生焦、煅后焦和竹炭都具有很好的强度和一定的孔隙(见表1),由于PAC 用量的减少,可极大地降低生产成本。样品的吸附性能和强度见图1、图2。

1.炭质添加剂对块状新疆活性炭材料吸附性能的影响
       由图1 实验结果可知, 当吸附基体全部采用PAC 时,样品的甲醛吸附值为558.7 mg/g,随着CA替换质量的增加,样品吸附性能都呈下降趋势。

       对甲醛的吸附性而言, 替换质量小于3g 时大幅度下降,3g 到7g 之间下降相对缓慢, 当CA 少量存在时,黏结剂不能将PAC 有效地黏结成型,试样呈松散状,PAC 能有效地吸附甲醛蒸汽, 而CA 含量增加,吸附甲醛蒸汽的量几乎按PAC 减少的百分比下降,而当CA 含量增多时,吸附值下降缓慢。

       CA 的孔隙以大中孔为主,大孔是试样中吸附质分子的通道,通过它才能进入到吸附表面,而中孔既是吸附质分子的通道,支配着吸附速度,又在一定相对压力下发生毛细凝结,试样稳定地成型后使内部PAC不能有效接触甲醛蒸汽,PAC 微孔的吸附利用率降低,但大中孔隙的增加又抵消了一部分影响。

       石油焦的孔隙多为闭孔,不能有效提供通道作用,竹炭为植物前躯体炭化而成,孔隙由植物分导管、维管束和薄壁组织侧壁上的小孔组成,内部畅通,可使吸附质有效地到达试样内部, 提高PAC 的吸附效率,由图1 也可知, 、CA 中竹炭的效果最好。

2. 炭质添加剂对块状新疆活性炭材料强度的影响
       如图2 实验结果所示,当吸附基体全部用PAC时,样品几乎不具备机械性能,随着CA 替换质量的增加,样品的抗压强度都呈上升趋势,其中以煅后焦的曲线上升最为明显,而竹炭最差。

       煅后焦经过高温煅烧,结构重排和体积收缩,呈现出宏观有孔,微观又致密的结构,具有良好的机械强度,对提高试样的成型性和强度有很大帮助,而竹炭是木质纤维素经过炭化后转化成无定形碳,由植物前躯体炭化而成,炭化过程中基本保持本身的结构,没有发生重排致密化,颗粒之间结合疏松,强度差,所以由竹炭替换PAC 制备的样品成形性差,抗压强度低。

3. 试样配方的选择及分析
       实验所制备的试样主要用于室内吸附有害挥发性有机化合物,其中以甲醛为主,据研究,甲醛浓度达到0.1mg/m3 时, 可引起咽部与上呼吸道的损伤,而浓度达到0.3mg/m3 时,气喘病人和儿童会感到呼吸困难,对于室内空气中甲醛含量国家有个统一的标准,即0.08mg/m3,超过这个标准将对人体产生较明显的损害。

       对于50m2 的房子,将甲醛浓度从1mg/m3 降低至国家标准经过计算仅需要实验自制块状新疆活性炭2~3 g, 综合考虑试样使用环境所需强度和吸附性,分析添加5 g 煅后焦和竹炭的试样,分别命名D5 和Z5。

       由图3 所示扫描电镜照片可以看出,D5 样品的颗粒间距比Z5 的小, 颗粒之间结合紧密,但对甲醛吸附最关键的微孔和中孔却影响不大,所以两样品的吸附性相差不大,由表2 也得到证实,但D5 的机械性能要远远高于Z5。

4.结论

       1.CA 替换PAC 时会使成型试样吸附性降低,对甲醛的吸附,替换比例小于30%时吸附性按损失PAC 的比例大幅度下降,替换比例大于30%后吸附性缓慢下降,添加竹炭的试样吸附性下降的幅度相对最小。

       2.CA 替换PAC 时都会使成型试样机械强度升高,替换比例大于30%后上升明显,添加煅后焦对试样机械性能的提高影响最显著。

       3.以CMC 为黏结剂,NaHCO3为发泡剂,PAC 和CA 为吸附基体,在满足吸附性的要求下,PAC 和煅后焦CA 以1∶1 的比例作为吸附基体成型的块状新疆活性炭机械性能最好,甲醛吸附值为75.4 mg/g,抗压强度7.4MPa,比表面积879.36 m2/g,孔容积0.4365 mL/g。

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