木质活性炭自燃特性和机制研究(摘要)

徐凡(1.中国林业科学研究院，北京100091;2.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所，江苏南京210042)

活性炭是一种由多种官能团、多种化学键组成的有机大分子。活性炭有自热的属性，当自热积累的热量超过散失的热量时，将会发生自燃。活性炭自燃是一个复杂的过程，本文报道研究挥发分、灰分、水分和官能团等因素对活性炭自燃的影响。并建立以活化能指标来比较活性炭的自燃倾向性的方法。

1)利用程序升温对3种挥发分含量不同的木质活性炭进行加热氧化和尾气在线检测，并对其受热过程中指标气体产生规律进行分析研究。结果发现，木质活性炭在受热升温氧化过程中会释放出H2、CO、C2H4和C2H2，当木质活性炭的挥发分含量较高时还会放出CH4指标气体。其指标气体产生规律为:当体系温度达100℃时样品开始释放出H2，随着温度的升高依次检测到其它气体，C2H4在140℃ ～160℃、CH4在170℃、CO在160℃ ～180℃、C2H2则在190℃ ～200℃时最后被检测到;C2H2在体系温度为230℃释放量达最大值，其余各指标气体的释放量则随体系温度增大而增大。各指标气体随着相应官能团逐步活化而释放，并且前一指标气体释放时产生的热量为后一官能团的活化提供热量。

2)利用程序升温对4种不同含Fe量的粉状活性炭进行加热氧化以模拟活性炭自燃过程，并对其受热过程中气体产生规律进行分析研究。运用热重分析手段对不同含Fe量的粉状活性炭进行实验研究。结果表明，含Fe量较高的粉状活性较早释放出较多的可燃气体，且反应的主要阶段向低温区移动，Fe元素在粉状活性炭的整个自燃阶段起到催化促进的作用。这对于研究粉状活性炭自燃过程具有实际的参考价值和指导意义。

3)采用DSC法研究不同含水率的活性炭样品，发现活性炭存在一最易自燃的临界水分值，大约为12%。

4)活性炭自燃主要受活性炭结构和环境因素影响。在确定活性炭的粒度与外界条件相同下，可通过分析活性炭结构来判断其自燃倾向性。通过对活性炭样品进行红外光谱分析和表面化学性质分析，得到活性炭官能团的类别和数量的多少次序，并根据活性炭热重分析与自燃实验比较各样品的自燃倾向性。结果表明，活性炭的氧化自燃始于一些活性基团的氧化，且这些活性基团含量越大活性炭越易自燃，说明用红外光谱分析和表面化学性质分析研究活性炭的自燃倾向性是可行的。

5)应用热重分析法研究了市场上常售的3种活性炭从30℃到900℃的氧化热解过程。实验结果表明:样品的炭氧氧化过程中有一快速热解阶段，在此阶段样品的氧化动力学参数可以由一级反应方程和Coats-Redfern模型描述，据此求出活化能。活性炭自燃实验证明活化能低的活性炭容易自燃，活化能高的活性炭不容易自燃。所以可以利用活化能指标来比较活性炭的自燃倾向性。

活性炭;挥发分;灰分;水分;官能团;活化能