这是由于升温速率的提高可使木质原料的热分解加快,气体释放的速率加快,烧失增多,短时间内产生较多合适的游离基,而且气体析出速率增加,促进了炭素前驱体石墨化程度的提高,不利于竹炭孔隙结构的发达。由表1还可知,得率、亚甲基蓝吸附值和碘吸附值随升温速率的升高,变化不大,总体保持平衡,说明升温速率对其影响不大。
2.4N吸附等温线的分析
吸附等温线常用来表示吸附系统的平衡状态,还可以用来计算吸附剂的比表面积、孔隙体积和孔径分布等。图1描述了900℃,保温2~8h的竹炭吸附等温线。由图1可以看出,不同保温时间的N吸附等温线的形状相似,氮气吸收量的增加不仅在低相对压力下,而且在整个压力范围内也是明显的。按国际纯化学和应用化学协会(IUPAC)的分类,该类等温线属于Ⅰ型和Ⅱ型的结合型,说明该竹炭具有较发达的中孔和微孔。
由图1明显看出,随着保温时间的延长,竹炭对氮气的吸附能力也随之升高。在相对压力小于0.1时,微孔被完全填充,而随着相对压力的进一步增大,对应的吸附容积也不断增大(该阶段为中孔的填充过程),说明具有发达的中孔结构。当相对压力大于0.9时,氮气吸附量则出现较大的增加,即吸附等温线有“脱尾”现象,说明大孔也较发达。根据以上分析可知,竹炭具有发达的微孔、中孔、大孔结构,且随温度的升高,孔隙结构越发达。
由图1还可知,6h和8h的吸附等温线比较接近,说明这两种条件下制得的竹炭孔隙结构差不多,时间的延长对其孔隙结构影响不大。而2~6h的吸附等温线在对应的相对压力下,有较大的变化,说明在该阶段,随着保温时间的延长,有利于竹炭孔隙结构的发达。
3结论
(1)随着温度、保温时间的增大,竹炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值呈现逐步增长的趋势。升温速率的提高,促进了炭素前驱体石墨化程度的提高,不利于竹炭孔隙结构的发达。
(2)根据N吸附等温线的分析,高温炭化法可以制得微孔、中孔、大孔较发达的竹炭。
(3)在较佳的实验条件下,高温炭化法可制得竹炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值分布为280mg/g和947.3mg/g。
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