载醋酸锌废催化剂资源化处置关键技术及理论研究

醋酸乙烯是一种重要的化工原料,乙炔法合成醋酸乙烯工艺以载醋酸锌的活性炭作为催化剂,但在使用过程中产生的复杂有机物包裹醋酸锌,堵塞活性炭孔道,造成催化剂失效.载醋酸锌废催化剂是一种典型的含有包裹体的固废资源,锌与活性炭载体的有效分离是限制废催化剂综合利用的关键技术瓶颈,现有研究方法单一,理论研究薄弱,是制约废催化剂综合利用和工业化处置工作开展的重要因素,为此,论文开拓出两种废催化剂资源化处置新途径,系统深入地研究了废催化剂综合利用关键技术和相关理论,取得了一些有意义的结果. 1.废催化剂中回收锌和再生活性炭的关键技术 首先采用热重分析研究废催化剂的热解特性及动力学,为微波预处理废催化剂工序奠定了理论基础,通过模型拟合得到了废催化剂的热解特性和热解动力学方程,结果表明:废催化剂主要失重阶段的动力学模型分别符合一级化学反应和一维扩散控制Parabolic法则,表观活化能分别为37.4和43.1 kJ/mol:随后研究了微波预处理温度和时间对锌浸出率的影响,增添微波预处理使锌的浸出率从42%提高到95%以上,综合考虑锌的浸出率和回收率,得到微波预处理的最佳工艺条件为:预处理温度900℃,时间12 min,在此条件下,锌的浸出率和回收率分别为95.79%和92.96%,微波预处理利用微波选择性加热,加热速度快的特点,迅速打开废催化剂被堵塞的孔道,使锌的化合物暴露在废催化剂表面,实现"难溶锌向可溶锌"的转变,促进锌炭有效分离,从而提高锌的回收率 采用响应曲面法(RSM)研究氨浓度,浸出时间和液固比对锌浸出率的影响,在方差分析,多元回归和模型拟合的基础上,确定最佳工艺参数,XRD,SEM和氮气吸附分析表明,在浸出后样品的XRD谱图中氧化锌衍射峰已经消失,只存在明显的C峰(002和100),浸出后样品的比表面积从浸出前的824m2/g增大到922m2/g,通过SEM可在浸出后的样品中观察到更多的活性炭孔道. 通过考察蒸氨时间和水蒸气流量对氧化锌前驱体的影响,得到的最佳工艺条件为:温度92～96℃,蒸氨时间120min,水蒸气流量40g/min;碱式碳酸锌的热重分析表明,碱式碳酸锌热解动力学符合一级化学反应,热解过程的平均表观活化能为33.9kJ/mol:随后在微波温度350℃,保温30min条件下制备出活性氧化锌产品,产品质量达到行业标准(HG/T2572-94)的一级品标准. 采用基于中心组合设计的响应面法,结合最佳工艺参数和再生活性炭结构的研究',揭示废活性炭的再生过程反应机理.结果表明:工艺参数对碘值和得率的影响规律分别符合两因子交互效应和二次方程模型,在分析各个因素的显著性和交互作用后,得到废催化剂制备活性炭的最优化工艺参数,在此条件下,预测值与实际值之间具有较好的拟合度再生活性炭的比表面积为1560m2/g,分别是废催化剂和新炭比表面积的5.76倍和1.67倍,而采用条件实验(再生温度1000℃)再生活性炭的比表面积仅为1255m2/g. 以再生活性炭为原料,系统研究亚甲基蓝溶液浓度和吸附时间对饱和吸附量的影响,采用Langmuir和Freundlich吸附等温式对不同条件下获得的吸附平衡数据进行分析,再生活性炭吸附亚甲基蓝等温式可用Langmuir等温线描述,准二级动力学模型可以描述吸附过程.结果表明:再生活性炭吸附亚甲基蓝的Langmuir饱和吸附量为425.53mg/g,普遍高于文献报道的商业活性炭的饱和吸附量,其丰富的介孔结构(中孔孔容0.43 cm3/g)有利于有机物大分子扩散并吸附于其孔道表面,因而表现出优异的亚甲基蓝吸附能力,再生活性炭因具有较大的比表面积和发达的中孔,可广泛适用于有机物大分子污染物废水的治理. 2.废催化剂制备氧化锌/活性炭复合材料的基础理论研究 首次直接由废催化剂制备出ZnO/活性炭(AC)复合材料,采用碘吸附,氮气吸附,XRD,SEM-EDS和FT-IR等方法对样品的吸附性能,孔结构,物相组成,微观形貌和表面化学性质等进行研究,结果表明:不同温度下得到的样品均由活性炭和ZnO组成,形成ZnO/AC复合物,ZnO晶粒均匀分布在活性炭孔道周围及内部,为六方纤锌矿结构;温度对活性炭的孔结构及ZnO晶粒尺寸有较大影响,随着温度的升高和醋酸锌的分解,被堵塞的活性炭孔道被打开,微孔和中孔含量增加,产品的比表面积,总孔体积及ZnO晶粒尺寸逐渐增大,950℃时所得样品的比表面积可达到1193 m2/g,ZnO晶粒尺寸达到35 nm,温度进一步升高至1000℃时样品比表面积和ZnO晶粒尺寸则有所降低. 采用密度泛函方法PBE/Gen和B3LYP/Gen方法计算四种化合物的几何构型,能量特征,电荷布居,前线分子轨道,红外光谱和热力学性质.对具有(1010)和(0001)晶面的氧化锌分子簇模型Zn4O4也进行优化和能量计算.结果表明:Zn-oxo化合物的稳定性高于其相应羧酸盐的稳定性,中心O2-与周围四个Zn2+形成的近似正四面体结构是决定整个化合物稳定性的关键,这种正四面体配位符合最终产物纤锌矿氧化锌的结构特征.对ZnO分子簇模型的计算表明Zn4O4(1010)比Zn4O4(0001)更为稳定,热力学性质计算进一步证明醋酸锌分解为Zn4O(CH3COO)6在热力学上是可行的;Zn4O(CH3COO)6作为醋酸锌分解过程重要的中间产物最终分解为氧化锌,丙酮和二氧化碳,反应在低温下为焓控制的过程,而在高温下则为熵控制的过程. 综上,论文系统研究了两种废催化剂资源化处置关键技术的理论和工艺,前者采用微波加热,突破了锌与包裹体分离的技术瓶颈,并可显著降低能耗,资源利用率高,改善劳动条件,无二次污染,实现了固废资源的再使用.后者为ZnO/AC复合材料的制备开辟了新的原料来源和途径,同时借助量子化学和分子力学等手段,从微观角度探讨醋酸锌的分解反应过程以及ZnO晶体的电子结构特性,阐明其内在化学机制,为优化实验条件,制备出高品质多功能的复合材料奠定坚实的理论基础.本研究为含包裹体物质的再生及综合利用提供了一种有效的手段.

煤沥青制备高性能活性炭

以煤沥青为原料 ,使用 KOH活化处理制备高品质活性炭.研究了煤沥青热处理温度,碱炭比,活化温度,粒度,脱水温度和脱水时间对活性炭 BET表面积和活性炭吸附性能的影响

杏核壳制备高品质活性炭的工艺及其再生研究

以杏核壳为原料,采用微波辐照氯化锌法制备高品质活性炭.考察了活化温度,活化时间和料液比等因素对活性炭亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的影响.最佳工艺条件为:微波功率700 W,微波时间7 min,氯化锌浓度50%,活化温度800℃,活化时间90 min,料液比1:3,在此工艺条件下的碘吸附值为1670.25 mg/g,亚甲基蓝吸附值为200.0 mL/g.利用处理过枸杞油的活性炭,采用微波辅助法再生.通过试验,得出最佳的再生条件为:再生剂浓度9%,微波功率700 W,微波时间9 min,在此工艺条件下,再生率可达85%.

一种活性炭纤维复合材料及其制备方法以及一种活性炭纤维复合滤芯

本发明由活性炭纤维,短纤维,粉状活性炭,改性纤维素以及加工助剂等制成活性炭纤维复合材料,作为高效活性炭滤芯的吸附材料,克服了活性炭纤维毡强度差,易掉毛的不良问题,保留了活性炭纤维丰富,均一的微孔结构,又具有高品质粉状及颗粒状活性炭所有的大量介孔(即中孔),因此吸附量大,适用吸附有机物范围广,并且材料制备得到的滤芯耐高温,耐酸碱,能广泛运用于PCB行业的电镀生产线.

一种用于污水处理的活性炭纤维载体的获取方法

本发明涉及污水处理技术领域,且公开了一种用于污水处理的活性炭纤维载体的获取方法,包括以下步骤:S1:废水的好氧处理;S2:UFB废水处理系统中将臭氧转化为氧气;S3:废水厌氧处理;S4:废气的脱臭生物处理;S5:养殖业除氨氮,S1中特别是硝化反应与超微细气泡结合能效最高,S2中使载体中的微生物具备超活性化,好氧处理时间为113秒,S3中特别是难降解物质,阻碍物质的生物降级,脱氮处理,厌氧处理时间为113秒,比表面积大,高吸附性:1立方米的高品质活性炭纤维载体基材拥有2500平方米的表面积,对基材中添加1克就能拥有1000至2000平方米的高吸附性活性炭粉末量达到15至50公斤,造就了高吸附性和庞大表面积的高品质活性炭纤维载体,细菌附着度更佳.

多层流化床中含氧水蒸汽活化法煤基活性炭的制备

为探究多层流化床用于粉状炭化料活化的可行性,采用多层流化床反应器,以大同煤的炭化料为原料,通过含氧水蒸汽活化法制备活性炭,考察操作条件对活性炭的吸附性能,孔结构特性及产率的影响.结果表明,与单层床和3层床相比,双层床活化满足生产高品质活性炭的需求,且能获得较高的活性炭产率.采用在第2层床供入部分氧气的分级供氧方法可提高活性炭的产率,并维持了较高的吸附能力和比表面积.在双层流化床第1层床和第2层床活化温度分别为890℃和870℃,活化剂中氧体积分数为8.9%,加料速率5 g/min,水碳比1.73的条件下,当第2层床供氧量占总氧量的体积分数为50%时,活性炭的收率达到46%,比表面积为877.1 m2/g,亚甲基蓝吸附值为226 mg/g,碘吸附值为1 025 mg/g,强度为92%,装填密度为334 kg/m3.因此,在双层流化床中采用分级供氧能确保同时实现煤基活性炭制备的高收率和高品质.