基于氧化和促进交联作用的空气-磷酸活化机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
30972317
项目类别：
面上项目
资助金额：
30.0万
负责人：
左宋林
依托单位：
南京林业大学
学科分类：
C1604.林产化学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
于佳；李小保；蔡旋；杨建校；
关键词：
氧化空气-磷酸活化交联

项目摘要

在深入研究植物纤维磷酸活化法的基础上，提出了一种新的高效活化方法：空气-磷酸活化法；结合研究结果并经深入的理论分析，提出并科学论证了空气-磷酸是一种制备活性炭的新型活化剂，且其具有的氧化和促进交联两种作用是空气流量、活化温度和磷酸浸渍比这三个关键活化参数影响空气-磷酸活化的内在原因。以此为依据，全面研究氧化和促进交联两种作用随热解温度、空气流量和磷酸浸渍比的变化规律。在此基础上，深入研究氧化和促进交联两种作用对植物纤维原料的空气-磷酸活化过程中热解液体和气体产物的主要组分，以及对活性炭的孔隙结构和表面化学性质的影响规律。从而系统掌握植物纤维原料的空气-磷酸活化机理。并为通过调节活化条件来控制废气的排放或再利用，这一条更加有效的治理活性炭工业污染的新思路和方法提供理论基础。从而为把空气-磷酸活化发展成为高效、低成本和低污染的绿色活性炭工业生产方法提供理论指导和技术支持。

结项摘要

本项目按照计划书的要求完成了项目的研究内容。其主要的研究成果如下：.1.通过研究磷酸活化生物质过程中，升温梯度、升温速率对活性炭孔隙结构的影响，发现了在磷酸活化过程中，低于300oC和高于300oC是两个显著不同的活化区域，它们发生了显著不同的活化反应，且300oC之前的热处理方式对活性炭的得率、孔隙结构和活性炭得率具有显著的影响，为进一步研究空气-磷酸活化法打下了基础。.2.研究了空气-磷酸活化过程中氧的作用。采用在磷酸溶液中添加过氧化物的方式，研究了氧自由基在磷酸活化过程中的作用，发现了氧自由基在低使用量时主要起交联作用，促进了磷酸与生物质原料的交联，不仅提高了活性炭得率和碳元素的转化率，而且促进了活性炭孔隙结构的发展；而在存在较高浓度的氧自由基情况下则主要起氧化作用，氧化了更多的碳原子，降低了活性炭的得率且不利于活性炭孔隙结构的发展。进一步的研究显示原料碳元素含量是决定氧自由基发生交联作用阶段的过氧化物最大添加量的关键因素，原料的碳元素含量越高，则开始发生氧化作用所需的过氧化物添加量就越高，相反则越少。这一研究发现，纠正了以往认为氧化剂在磷酸活化过程中仅仅起氧化作用的观点，推动了磷酸活化理论的发展。.3.通过设计安装了磷酸活化过程中热解气体产物的在线分析装置，分析了在不同的活化条件下，磷酸活化生物质过程中二氧化碳、一氧化碳、氢气和甲烷四种主要气体产物的形成过程。其研究结果有助于深入理解磷酸活化和空气-磷酸活化的活化机理，并为磷酸活化法中的尾气处理和利用提供了理论依据。.4.针对磷酸作用下生物质热解液体产物水分含量高，其有机产物组分复杂的特点，研究了液体产物的分离方法，并在此基础上研究得出了磷酸促进糠醛等糖类脱水化合物形成的结论。.5.采用空气-磷酸这种新型活化方法制备了酸性颗粒活性炭新活性炭品种。.6.发现了含磷官能团能够影响活性炭的电化学性质这一新现象，为进一步研究活性炭的电化学性质提供了新的基础。.通过本项目的研究，较深入地掌握了空气-磷酸活化过程中，升温过程、氧自由基对活化的影响和内在作用机理，以及气体和液体产物的形成规律，为磷酸活化法调控活性炭的孔隙结构和表面化学性质提供了新的理论依据，为进一步的深入研究活性炭的性质提供了理论基础，为发展绿色高效的磷酸活化法提供了新的理论指导。