与活性炭用途有关的许多性状主要是由其微晶结构决定的微晶结构.pptxVIP

知识点3原料煤的选择与活性炭用途有关的许多性状主要是由其微晶结构决定的，微晶结构又是由原料和生产的方法与条件决定的。其中起主要作用的仍是原料的组成与特性。一、煤种在各种煤中，泥炭和褐煤的结构中以光学各向同性占优势，且炭化为固相过程，炭化物中仍可保持原料光学各向同性占优势的特征，是生产活性炭的优质原料。实践也证明了这一点：褐煤是Norit公司的传统原料；而以泥炭为原料可制得比表面积高达1600m2/g的活性炭。

粘结性煤炭化时一般要软化、熔融，使分子进行重排而生成易石墨化炭，不利于生产优质活性炭。但有时除了要求活性炭具有极高的吸附性能外，还要求它有较高的机械强度等特点，例如在颗粒状气相吸附用活性炭的情形下。此时只有选择粘结性烟煤为原料才能保证机械强度。对此，可以对粘结性煤的炭化路径进行选择与控制，以达到兼顾吸附性能和机械强度两方面的要求。尽管无烟煤炭化时无液相产生，但其原始物中已完全是光学各向异性物质（易石墨化炭）占主体的结构，且目前尚无有效的方法使固相炭材料内的分子进行重排。此外，像无烟煤这种结构有序的煤，对炭化终温非常敏感，当温度升高时就开始收缩，结果造成在炭化初始阶段形成的微孔体积大幅度降低。因此，无烟煤远不是制备优质吸附炭的合适原料。

二、煤的显微组分煤中各种各样的组织形态（显微组分）中，以丝质体为代表的惰性成分总是各向同性的，绝无各向异性。因此，丝质体含量高的煤，利于活性炭造孔，生产优质活性炭。在变质程度相同的煤的不同显微组分中，壳质组的膨胀度最大，镜质组的次之，惰质组仅为收缩。如在镜质组中配入或混入壳质组，可使膨胀度增大；而在镜质组中混入或配入惰质组，可使膨胀度减小。膨胀度大，炭化时形成大量的气孔（如表12-4）。这样，一方面降低炭的机械强度；另一方面，气孔不仅对比表面的增长无实质性的贡献，反而为活化阶段形成障碍：易不均匀活化，孔壁处易破裂而使微孔难以大量形成。

不同变质阶段烟煤中各显微组分炭化时的特征如表12-4所示。从表中可以看出，在各种变质程度的烟煤中，惰质组均表现为炭化时不熔、不膨，即经固相炭化过程且气孔极不明显；在气、肥、焦、瘦阶段的镜质组炭化时表现出较强的熔融、流动和膨胀性，气孔大而多，而长焰煤和贫煤的镜质组热融性低；随变质程度的加深，各煤种中的壳质组炭化时的膨胀熔融性由极强稍稍降低，而孔也由多转而成为较不明显。

因此，若从有利于活性炭造孔和保持颗粒活性炭的强度综合考虑，应选择含惰质组多而又有一定量镜质组的煤，壳质组应尽量少。

三、煤中的杂原子（O，N，S）对活性炭的吸附性能和其他特性有较大影响的是氧的存在，氧既可能来源于原料中，也可能来自于活化过程，甚至还可能在成品炭的后处理时附加上。但是，原料中含有一定量的氧（或氧官能团）是在活化过程中形成最佳孔径的关键。一般地，富氧原料经活化后比贫氧原料有更为均匀的孔径。实质上，原料中的氧主要是在炭化过程中起作用。煤分子中的氧在煤炭化过程中，有利于产生交联键，进而妨碍了煤分子缩聚，因为必须有一定的缩聚反应才能生成足够大的分子而形成中间相。因此，煤中的氧首先是在炭化时阻止中间相的生成，促进生成各向同性的难石墨化的炭素前驱体，为进一步在高温下活化后制备优质活性炭所需的以无定形炭为主的微晶结构打下基础。

煤中的氧多以含氧官能团的形式存在，主要有羟基（OH，多属酚性的）、羧基（—COOH，主要存在于泥炭、褐煤及风化煤中）、羰基（＞C＝O）、甲氧基（—OCH3）等，还有非活性氧，即比较不易起化学反应和不易热分解的那部分氧。氧含量随煤种的变化规律是：从褐煤转变到年轻煤时，煤先失去甲氧基，其次是羧基，这时羰基也适当减少，羟基则减少得较慢；在煤的碳含量为81％～89％的范围内，羟基就很快减少。当碳含量达92％时，所有的氧都以非活性氧的状态存在。因此，富氧的煤种只能是存在于低阶煤，特别是泥炭、褐煤及长焰煤中。风化煤是富氧煤的一个来源，煤的人工氧化也是产生富氧煤的一个方法，且已在生产实践中加以应用。

煤中硫和氮的含量一般较氧少。煤中的有机硫多以硫醇（—SH）、硫醚（R—S—R）和二硫化物（—S—S—）等形式存在；氮或是呈杂环或桥状存在，或是以氨基（—NH2）存在。煤中所有官能团都是随煤化程度的增加而减少，尽管各种官能团减少的幅度彼此不同。因此，如果抛开一些特殊的情形，较高氮、硫含量的煤一般也是低变质程度的煤。与含氧官能团一样，氮、硫化合物对炭化时的石墨化也起着阻碍作用，称之为“氧、氮、硫”碍阻。因此，为得到非石墨化