煤炭学报

作者：于馨凝, 华哲生, 杨洋, 刘少俊, 郑成航, 高翔, 许德军, 姜欣彤,

关键词：煤基多孔炭, Ca(NO3)2改性, 甲苯, 孔道扩散, 吸附平衡, 吸附动力学,

挥发性有机物(VOCs)是光化学反应形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等2次污染物的重要前驱体，对大气环境和人体健康具有严重的危害。多孔炭吸附法具有效率高、成本低、可再生等优点，在VOCs处理技术中应用广泛。然而目前国内生产的煤基多孔炭以中低端产品为主，存在孔隙不够发达、传质过程受限等问题。围绕多孔炭制备过程的结构原位调控以及VOCs在孔道内的扩散/吸附机制开展了深入的研究。以褐煤为原料，KOH为活化剂，通过酸洗脱灰和Ca(NO3)2浸渍预处理，在碱煤质量比为2∶1的条件下制备煤基多孔炭，并选择甲苯作为目标VOCs进行吸附机制研究。结果表明，Ca(NO3)2改性后制备得到多孔炭的石墨芳香片层堆叠高度(Lc)减小、层间距离(d002)增大，说明Ca(NO3)2改性导致石墨微晶的破坏程度加深，有利于发达孔隙结构的形成。以甲苯分子动力学直径(0.57 nm)作为孔径范围的划分尺度，发现PC-Ca0.2在甲苯分子直径1～3倍(0.57～1.71 nm)具有最高的孔容积，同时也具有最高的甲苯吸附容量(746.2 mg/g)。采用Weber-Morris颗粒内扩散模型分析甲苯吸附的速率控制步骤，发现吸附过程由内扩散和外扩散共同控制，PC-Ca0.2具有最大的吸附速率常数和最小的扩散边界层常数。因此，当多孔炭在甲苯分子动力学直径1～3倍内具有较大的孔容积时，其孔隙结构更有利于甲苯吸附过程的扩散传质。

来源：2021年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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