以石油渣油制备活性炭的研究

车春波，杨宁逸，于 望，崔雪桐，赵仁波，王 薇

(哈尔滨商业大学环境工程系，哈尔滨150076)

含碳量较高的活性炭，环保[1]、医药[2]、军事[3]等领域都具有广泛的使用范围.以木材及优质煤为原料生产活性炭，存在着原料来源少、成本高等问题，而炼油产生的副产物石油渣油富含碳质，价格低，制得的活性炭比表面积大;另外，石油渣油的灰分、挥发份低，生产的活性炭杂质含量少[4－5].因此以石油渣油为原料制备活性炭，既能充分利用石油资源，又能降低活性炭生产成本.

1 活性炭的制备

以哈尔滨炼油厂催化裂化产生的油浆为石油渣油，其主要物性数据为:软化点为22℃，密度1.039 4 kg/L，水和沉淀物的质量分数为0.4%，灰分的质量分数为0.38%，硫的质量分数为0.36%.实验中所用其他试剂均为分析纯试剂.

制备方法:取适量石油渣油，然后按一定质量比(石油渣油∶活化剂)与活化剂混合，在N2保护下于一定温度活化后，所得活化产品依次用水洗，酸洗，再水洗至中性，干燥后即得产品.活性炭亚甲基蓝吸附值按照“GB/T7702.6－2008煤质颗粒活性炭试验方法－亚甲基蓝吸附值的测定”方法测试.

2 结果和讨论

2.1 活化剂的选择

在活化温度为500℃，活化时间为2 h，选择三种不同的活化剂进行制取活性炭，制得的活性炭其亚甲基蓝吸附值如表1所示.

由表1可知，在不同的质量比条件下，磷酸作为活化剂制得的活性炭对亚甲基蓝均有较好的吸附能力.在相同的条件下，活化剂与石油渣油间分散越均匀制得的活性炭空隙分布越均匀、越有利于吸附操作进行.磷酸与石油渣油在活化过程中，能更好的分散到石油渣油中，因此选择磷酸为活化剂.

表1 活化剂制得的活性炭亚甲基蓝吸附 单位:(mg·g－1)

2.2 活化剂用量对活性炭亚甲基蓝吸附量的影响

在活化温度为600℃，活化时间为2 h，不同的活化剂加入量进行活化，制得的活性炭其亚甲基蓝吸附值如表2所示.

表2 不同质量比条件下活性炭对亚甲基蓝吸附能力

由表2可知，石油渣油与磷酸的质量比1∶1时制得的活性炭对亚甲基蓝的吸附能力最佳.在磷酸的作用下石油渣油表面不断产生CO等气体，石油渣油中水分蒸发，因此原料表面形成大量的孔隙，随着磷酸投加量的增加，孔隙增多吸附性能显著提高，但当磷酸达到最佳值后，过多的磷酸继续与孔隙内碳质反应，使生成的活性炭孔隙增大.而大孔隙对吸附是不利的，因此表现出吸附性能下降.

2.3 活化时间对活性炭亚甲基蓝吸附量的影响

在质量比1∶1，活化温度为600℃，不同的活化时间制得的活性炭其亚甲基蓝吸附值如表3.

表3 在不同活化时间条件下活性炭对亚甲基蓝吸附能力

由表3可知，活化时间对活性炭吸附能力的影响并不显著，因此，综合经济性考虑选择活化时间为 1.5 h.

2.4 活化温度对活性炭亚甲基蓝吸附量的影响

在质量比1∶1，活化时间 1.5 h，不同的活化温度制得的活性炭其亚甲基蓝吸附值如表4所示.

表4 在不同活化温度条件下活性炭对亚甲基蓝吸附能力

由表4可知，温度由450℃升高到550℃时，亚甲基蓝吸附值提高了34.21%，即由较低温度时升高温度有利于提高活性炭的吸附能力.在550、600、650℃时吸附能力基本不发生变化，表明在此温度范围内活性炭孔隙率没有明显增加.

2.5 正交实验

根据制备活性炭的单因素实验结果，设计3因素3水平正交实验，从因素显著性方面进行方差分析，确定各反应因素对活性炭吸附性能的影响程度.

表5 L9(33)正交实验及实验结果

由表5可知R3＞R1＞R2，各反应条件对亚甲基蓝吸附值影响程度的大小为活化温度最强、质量比其次、活化时间最弱.最佳反应参数为C2A2B2;即最佳反应条件是:活化温度550℃、质量比1∶1、活化时间 1.5 h.

3 结语

对于以石油渣油为原料制备活性炭最佳活化剂为磷酸;最佳工艺条件为活化温度550℃、质量比1∶1、活化时间1.5 h.上述实验为石油渣油制取活性炭提供了实验依据，但是制得的活性炭吸附能力不够高，还有待进一步改进制备工艺.

[1] 李同川，牛和三.脱硫脱硝活性炭的研究[J].新型炭材料，2005，20(2):178 －182.

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