全 文 ：林产化工通讯 i妙 2年第弓扔
. ` 1
钾催化剂对椰子壳制活性炭的影响
孔繁柏 谢瑞萍
(中国林产工业公司 北京 土0 0 7 14
摘 要 多种含钾化合物 ( K cl 除外 )在用 c o : 作活化剂 , 温度为 80 ℃ 时 ,
都是椰子壳制取活性炭的有效催化剂 。 碳酸钾即使拍龚受有 C 0 2存在时 , 也有助于抓
子壳的炭化、 活化 。 磷酸钾则既可防止产品过度烧失而降低表面积 , 又有助于中孔
的增加 。
关键词 活性炭 钾催化剂 一椰子壳
一根据 “ C A R B O N ” 1 9 9 1 , 2 9 ( 7 ) 报 道 ,
钾和其它碱金属在通蒸汽或C O Z条件下能催
化炭的气化过程 , 这就为生产过程中应用这
类催化剂提供了条件 。 在生产过程中除了使
产品获得应有的孔隙率外 , 还希望有较高的
收率 。 因此在催化活化条件下 , 如何控制催
化气化以减少炭的无效烧失至为重要 。 磷酸
盐就是一种很好的烧失抑制剂 。
p H省. 在一 I Q6 · c 下用 接 在 真 空 系 统 的
M 。 b ia n 吸附夭平侧定 N : 吸附一解吸等温 线 。
试样也可在 N ic ol et S D x C仪器上 用 傅 立
叶红外变换法 ( F T IR ) 测定 , K B r压 片 ,
试样浓度为 0 . 03 肠 。
二 、 结 果
空白试验 ,如图 1所示 , 得到最大比表面
积的温度为 9 0 ` C , 故选定催化活化温 度为
80 0
.
C
.
坦工伪l0U
(次侧帜à件水埃
胡即10` 、 ~ 、 汽 、 、
溯10604七.妙.日礴阿耀
一 、 实 验
1
,耳料准备 椰壳粉碎 至 0 . 2~ 。 . s m m
大小颗粒 。 2 0 9椰壳颗粒与40 m l 已知浓度及
p H 的含钾溶液混和 , 70 ’ C下浸渍 至多余水
分蒸发完 , 并在 1 20 . C下干燥 。
2
.设备 直径为47 m m 、 长 1乒o兮迹的 不
锈钢管水平放入管状电炉内。 . 、 试样放入长 10
c m的石英船形器皿中并放置管 子 中部 。 用
热电偶显示和控制温度 .
3
. 活化 开始时通入50 o m l/ m in 的 N : ,
升温速度 20 ` C / m i n 。 到设定温度 后刃通 入
s o o m l / m i
n 的 C 0 2 ,活化 1小时 , 再在 N Z中冷
至室温 . 活化后用热水洗涤并在 120 O C干 燥 。
试样的热失重特性用 电子天平的石英流量控
制系统测定 , 升温速度为 20 ’ C / m i。 , . N : 流量
15 o m l /m i
n , 试样 4 0 m g 。
耳.产品性能浏试 经洗涤和干燥的试样
按 B E T法测定表面积 , 用通用方法 测 定 其
600 7 0份 800 9 0 0 1 0 00
T (℃ )
图 1 不加催化剂 、 C O : 活化的产品特性
收稿 日期 : 1 9 9 2一 0 1一 1 3
表 1所列数据表明 , 除 K C I外 , 所 列 钾
化合物都是椰壳炭有效活化催化剂 。 无催化
剂产品的酸性较小 。
图 2是N Z气氛中热失重测定结果 。 开 始
明显失重是炭化所至 。 碳酸盐浸渍比磷酸盐
林化产工通讯 1 9 92 年第 5 期
表 1 不同钾化合物 ( 5 . 5肠 K )浸渍制
备的椰壳炭性能 ( 5 0 0 ` C , C 0 2
活化 z , J、 时 )
/
一 . ’试。 ’
K s P O
-
脚,叨一8076
ǎ次叫帜à哥水线钾化合物
未浸溃
K C I
K N O 3
K O H
K o C O
3
K 决P O 4
表面积 ( B E T 法 ) m Z / g 炭的 pH
:JnljR
.…J`门了6`U
7 2 0
4 0 0
13 0 0
1 4 0 0
14 5 0
1 5 50
浸渍的炭化起始温度低 。 5 0 ~ 8 0 ℃时碳酸
盐浸渍试样出现第二次失重并在保温中一直
持续 。 图 2表明碳酸钾对活化影响最为显著 。
2 4 6 8 10 招 14 16 18 20
钾浸遗浓浓度 ( , t% )
图 4 浸债浓度对烧失率的影响
\浅
280伽980
K 3 P O -
/
:
、 、 一 ` - - - - - - - - - - - - - - - -一
K o C 0 3
) ~ 刃二_ 百菇貂「
产洲 一 一一 ~ 一 ~ ~
6D40加
八次à翻闷
4 0 0
T (℃ )
9 0 0 2 0
卜 一事扩
4 0 6 0
时间 (分 )
活化产生负作用 , 这是过量烧失造成的 , 而
磷酸钾则无明显变化 。
图 5的吸附一解吸等温线说明磷酸盐制备
的样品有发达的中孔 , 而且浸渍浓度增加 ,
中孔增加 ( 解吸滞后加重 ) 。 而碳酸盐浸债
的无此现象。
图 6是磷酸盐浸渍液的 p H值对产品表面
积和烧失率的影响 。从图可 以看出当 p H嘴 7 ,
也就是溶液呈酸性时 , 产品的表面积甚至比
不加催化剂的 7 2 o m “ / g还小 。
图 2 不同钾盐的影响 三 、 讨 论
图 3 、 图 4表示 8 0 0℃下 , C 0 2活 化 时 ,
碳酸钾和磷酸钾的催化作用 。 从 图 可 以 看
出 , 用碳酸钾时当钾量 超 过 6% ( 重量 ) 对
. “ 。。厂宁下= 二二二二二丁刀
K 3 P 0
-
K
: C O ,
.1 碳酸钾的催化作用可能是下述两方面
作用引起的 :
①碳酸钾与椰子壳的纤维素部分反应 ,
从而加速炭化过程 。
C n ( H
2 0 ) m + m K
Z C 0 3 , Zm K O H+
m e O Z+ n C ( 1 )
②第二次失重 (烧失 )可 能 是 K : C O ,分
解的 C O Z和 ( 1 )式生成的 K O H进一步 生成
的 H Z O与已炭化的炭发生气化反应 所 致 .
K
Z
C O
3一 K Z O + C O : ( 2 )
C O Z + C , ZC O ( 3 )
ZK O H* K Z O + H Z O ( 4 )
H 2 0 + C、 C O+ H: ( 5 )
但计算结果表明 , 上述作用仅 能 使 5呱
左右的试样发生气化 , 这比第二 次 失 重 量
40286
之.日礴阿邵
1 0 1 2 14 1 6 1 8 20
钾浸试浓浓度 吸, 、% )
图 3 浸演浓度对表面积的影响
竺巴业工通讯 1 929年第 s期
40 O
2 00
pH
铃长暇
0
月结咋山
之.日玛彭盆.2
C
P/ 氏
a
. 高浓度磷酸钾 b . 低浓度磷酸钾 c . 碳酸钾
图 5 不同钾盐浸渍对吸附的影响 场的 10加 绷 ,彼长 (二 l)
拐 00
16 口0
14 00
12 0 0
1 000
8 0 0
600
4 00
20 0
图 7 傅立叶变换红外吸收光谱
图 6 磷酸盐浸渍液 p H对表面积和烧失率的影响
厂 、
( 20 % 左右 ) 要小得多 , 其中原因需进一步
研究 。 ’ 认
一 J 之 一 :
2
, 磷酸钾一方面能抑制催化气化 以防止
过度烧失而导致表面积减少 ( 图 3 、 图 4 ) ,
另` 方面又能使中孔增加 ( 图 5 ) :。 根据上述
结果 , F r e e 一m a n 和 G i nr b l e t t 提 出 : 磷 酸
盐形成一层 “皮肤 ” 对炭结构起保护作用 。
即用局部烧失的方法以增加中孔 。 此外 , 磷
ǎ次喇侧à铃水瑕
lQ卯80匆6阳币
八娜\。月à粥彩随
林产化工通讯 1 92 9年第S 期
酸盐浸渍液呈碱性时有催化气化的作用 , 呈
酸性时起抑制气化的作用 。
上述不同作用可能与磷酸盐存在线型结
构和环状结构有关 。 线型和环状多磷酸的通
式分别为 P n o 3 n + 1和 ( p o : ) n , 其结构 式
如下 :
红夕卜吸表, ` 而环状多磷酸盐有吸收。 随溶液
p H减少 , 吸收强度增强 (图 7 ) ; 可 以认为 ,
在低 p H下 , 主要存在环状结构 。
Y五h n 和 w 由f 的研究证实 , , 磷 酸 钾 ·与
含碳物质在通 C O : 加热时能形成碳 酸 钾 活
性中心 多余的磷酸盐则形成一 个 聚 合 物
0 0 0
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线型 : 一O一P一 0一 P一。 一 P一O -乙-I丁-O
/
O、环状
\ 01/o|
一 0一 P P一 O -尹 \ / 、
0 0 0
C o r b r i d g e 早年对多磷酸钠 的 研 究 发
现 , 线性多磷酸盐在波 长 约 1 3 0 0 c m “ ’ 处 无
网 , 除氯化物外二N 。 Z e o ’ , 、 N a N o 3了N a o H
与炭相互作用都在炭表面形成各种碳酸盐 。
磷酸钾的作用可能是在发达孔隙结构表
面形成多磷酸盐层 , 从而抑 制 c o Z的 气 化
反应引起的过度烧失 。 低 p H时可能在 大 量
孔隙生成前就形成了环状保护层 而 抑 制 了
C O Z的气化作用 .
环状多磷酸盐易形成二维 “掩蔽 ” 保护
层 . 而一维多磷酸盐可与炭的活性中心相互
作用 , 导致扭织的芳香环边缘呈线性排列而
构成狭缝式微孔 , C O Z就从此微 孔 逐 渐 ·侵
入 , 使部分炭气化而形成中孔 。
亚甲基蓝试验液浓度与存放时间的关系
陈君珍
( 中国林科院林化所 南京 2 1 0 037
摘 要 从活性炭的实际检测中发现 : 亚甲基蓝试验液浓度 , 随存放时间延
长而浓度变稀 。 存放时间在3个月内浓度变化不大 ; 超过3个月后使用 , 需再增添指
示剂提高浓度方可进行测试。
关镶词 活性炭 亚甲基蓝 试脸液浓度 存放时间
亚甲基蓝是一种有机染料 , 国际上广泛
用亚甲基蓝作评定粉状活性炭液相脱色能力
的试剂 。 据报道 , 亚甲基蓝分子的长度为 18
A
’ , 宽为 g A 。 , 能较易进入活性炭 的 各 类
孔隙 , 具有广泛吸附的特性 。
目前国内市场供应的亚甲基蓝有北京化
收稿日期: 19 9 2一 0 2一 2 1
工厂生产的指示剂 、 上海试剂总厂第三分厂
生产 的指示剂 、 上海试剂三厂生产的生物染
色素 。 国内一般不使用生物染色素 , 而用指
示剂级亚甲基蓝来评定粉状活性炭液相脱色
力 。
我们使用北京化工厂 出品的亚甲基蓝指
示剂 ( 其分子式C , 6 H ; 。 N 。 S C I · 3 H : O , 纯