载氧化镁活性炭的制备及性能研究

王守伟，傅修军

（大同中车煤化有限公司，山西 大同 037300）

0 引 言

我国是世界上煤炭资源较为丰富的国家之一，煤炭种类齐全，分布广泛。山西、新疆、宁夏、内蒙古等省是我国主要的煤炭生产基地，同时，山西、宁夏也是我国两大活性炭生产基地。大同煤因低灰、低硫、挥发分适中，是制备煤质活性炭的理想原料，因此山西的活性炭生产又集中在大同。但是，随着煤炭开采的机械化和大型化，以及活性炭生产用煤只是煤炭应用领域的很小一部分，适合制备活性炭的特定煤层很难被单独、精细地开采，大同地区适合制备高品质活性炭的煤源越来越少。

氧化镁/活性炭复合材料是金属氧化物-碳复合材料中的一种。氧化镁与活性炭通过不同方式杂化复合后，分散在活性炭上的氧化镁比表面积将显著提高，其温和的碱性将得到更大体现。金属氧化物的亲水性加上活性炭高比表面积及对非极性物质的强吸附力，形成性能独特的多孔性吸附材料。主要用于各种氨基酸工业、精制糖脱色、味精工业、葡萄糖工业、淀粉糖工业、化学助剂、染料中间体、食品添加剂、药品制剂等高色素溶液的脱色、提纯、除臭、除杂。

载氧化镁活性炭是一种改良的糖液脱色用活性炭，除具备普通糖炭的优良吸附性能外，碱性氧化物氧化镁的负载可对糖液pH 值起到缓冲作用。在活性炭对糖液的脱色过程中，糖液的pH 值会降低，导致糖的转化，添加氧化镁后会减缓糖液pH值的降低，抑制糖的转化。

1 实 验

1.1 原 料

选用3 个不同地区的5 种原煤（编号分别为1号、2 号、3 号、4 号和5 号） 为主要原料，原煤的工业分析见表1。氧化镁选用含量为93%～95%的轻质氧化镁。

表1 原煤的工业分析Table 1 Industrial analysis of raw coal

1.2 制备工艺过程

1.2.1 磨 粉

原料煤经干燥、破碎至3～5 mm，磨粉机磨制成粉，要求90%以上过200 目筛。

1.2.2 压块成型

在煤粉中加入一定比例的氧化镁粉末并混合均匀，使用对辊压块机干法造粒，成型压力为10 MPa，成型颗粒尺寸为φ20 mm×10 mm×6 mm。经破碎、筛分，得到粒径2～8 mm 物料。

1.2.3 炭化条件

升温速率10 ℃/mim，炭化终温550 ℃。

1.2.4 活化条件

活化温度900 ℃，水蒸气流量1.25 mL/（100 g炭化料·min），最后经破碎、筛分，得到φ 0.6～2.36 mm 氧化镁活性炭产品。氧化镁活性炭制备工艺流程图如图1 所示。

图1 氧化镁活性炭制备工艺流程图Fig.1 Preparation process flow diagram of magnesium oxide loaded activated carbon

1.3 试验所用设备

试验所用设备见表2。

表2 试验所用设备Table 2 Equipment used in the experiment

1.4 性能检测

样品的碘吸附值、糖蜜值、磨损值、氧化镁含量等指标的检测分别按如下标准的规定进行：《ASTM D4607-1994 活性炭碘值的标准测试方法》《Galgon TM-3》 《AWWA B604-2012 磨损值》《企标》。本文旨在制备预期技术经济指标为碘吸附值≥950 mg/g、糖蜜值≥210、磨损值≥65%、MgO 含量5%～8%的载氧化镁活性炭。

2 结果与讨论

2.1 成型料制备结果及分析

对选取的原料煤及氧化镁进行配煤压块，成型料的制备结果见表3。

表3 成型料的制备结果Table 3 Preparation results of molding materials

2.2 炭化料制备结果及分析

将成型料在炭化炉中进行炭化，得到炭化料，并对其性能指标进行检测，炭化料的制备结果见表4。

表4 炭化料的制备结果Table 4 Preparation results of carbonizing materials

2.3 活化料制备结果及分析

将炭化料在活化炉中进行水蒸汽活化，制得活化料样品，并对其性能指标进行检测。活化料的制备结果见表5。

表5 活化料的制备结果Table 5 Preparation results of activating materials

由表3～5 可知，1 号煤与2 号煤及氧化镁配比分别为8∶2∶0.3、8∶2∶0.4、4∶6∶0.3、4∶6∶0.4 时，制得样品的碘吸附值基本在900 mg/g以下，活化活性较差，糖蜜值均在170 以下，达不到预期指标。1 号煤与3 号煤及氧化镁配比分别为4∶6∶0.3、4∶6∶0.4 时，活化活性较差，碘吸附值分别为911 和874 mg/g，未达到预期吸附指标。1 号煤与2 号煤及氧化镁配比为9∶1∶0.3、4 号煤与5 号煤及氧化镁配比为4∶6∶0.3 时，均可制备出满足预期指标碘吸附值≥950 mg/g、糖蜜值≥210、磨损值≥65%、MgO 含量5%～8%的载氧化镁活性炭样品。

3 结 论

本文通过选取5 种不同的煤样，添加不同比例的氧化镁，经磨粉、配煤、成型、炭化、活化等制备过程，以碘吸附值、磨损值、糖蜜值、氧化镁含量等为评价指标，制备载氧化镁活性炭。得到如下主要结论。

（1） 以1 号煤与2 号煤配煤，添加氧化镁，配比为9∶1∶0.3 时，可制得碘值980 mg/g 以上、糖蜜值210 以上、磨损值80%以上、MgO 含量5.8%以上的样品，满足预期技术经济指标。

（2） 以4 号煤与5 号煤配煤，添加氧化镁，配比为4∶6∶0.3 时，可制备出碘值1 057 mg/g、糖蜜值282、磨损值77%和MgO 含量6.3%的样品，满足预期技术经济指标。