钢渣_木屑复合活性炭的制备及其降解甲醛性能_杜晓燕.pdf
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1、第 卷 年月第期第 页材料工程 钢渣 木屑复合活性炭的制备及其降解甲醛性能 杜晓燕,陈华,杨晓军,孙大为(冶金工程与资源综合利用安徽省重点实验室,安徽 马鞍山 ;中冶宝钢技术服务有限公司,上海 ;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,安徽 马鞍山 ;西安高新技术产业开发区管理委员会,西安 ),(,;,;,;,)摘要:以木屑为炭源,钢渣为活性填料,采用磷酸活化法制备复合活性炭用于降解甲醛。依据 对复合活性炭的降解甲醛性能进行分析。考察了钢渣掺量、活化温度、浸渍比对复合活性炭降解甲醛性能的影响。采用元素分析仪和射线荧光光谱仪()对原料化学成分进行测试与分析,采用比表面积及孔径测定仪()对孔结构进行测试
2、与分析,采用扫描电子显微镜()对微观结构进行测试与分析,以揭示钢渣与木屑复合制备活性炭的协同作用和降解甲醛机理。结果表明,随着钢渣掺量增加、活化温度升高、浸渍比增加,钢渣木屑复合活性炭的降解甲醛性能均呈现先提高后降低的趋势,其最优制备条件:钢渣掺量为、活化温度为 、浸渍比为,经后的甲醛降解率为 。磷酸活化制备钢渣木屑复合活性炭可形成大量孔隙结构,层状结构清晰,钢渣较好地包裹在活性炭多孔结构中,掺入一定比例钢渣能够形成以微孔为主的多孔结构,提高微孔率,为吸附甲醛提供更多的吸附位点,有利于提高降解甲醛性能。关键词:钢渣;木屑;活性炭;甲醛 :中图分类号:文献标识码:文章编号:():,(),(),材
3、料工程 年月 :,:;随着人们健康环保意识增强,室内空气的品质备受关注。甲醛()是现代办公、汽车及家居室内重要气体污染物之一,其来源主要是装饰装修材料、建筑材料及家居用品中的人造板材、黏合剂、油漆、消毒剂等。作为公认的原浆强毒性物质,甲醛能与氨基酸结合,使蛋白质变性,同时与空气中离子性氯化物反应生成致癌物质 二氯甲基醚。长期低剂量接触甲醛可出现记忆力减退、嗜睡等神经衰弱症状,同时对呼吸系统、神经系统、肝脏、免疫系统等产生毒害。因此,世界卫生组织已将甲醛确认为致畸形或致癌物质。目前甲醛净化技术有光催化氧化技术、热催化氧化技术、等离子技术、吸附技术等,其中,活性炭制备过程简单,不会造成二次污染,因
4、此目前成为日常生活中最常用的甲醛吸附材料。然而,由于传统活性炭普遍采用煤炭、木材等原料制备,资源有限,成本高,同时活性炭表面呈惰性,对极性的甲醛气体吸附速度慢,平衡吸附量低,并不能有效发挥活性炭的吸附功效,极大限制了活性炭在室内甲醛净化方面的应用。以废弃生物质为原料材料(如:果壳、果核、秸秆等)制备活性炭,可以降低制备成本;负载过渡金属及其氧化物(如锰、钛、钒、铁等),可以改变炭表面结构,提高吸附性能和速率,但又会导致制备成本增加。钢渣作为炼钢 过 程 主 要 副 产 物,产 量 约 占 粗 钢 产 量 。不仅含有,等过渡金属元素而且还含有具有一定潜在胶凝活性的硅酸盐、铝酸盐及铁铝酸盐等矿物。
5、以废弃生物质为炭源,钢渣为活性填料,复合制备甲醛降解材料不仅解决了资源浪费、活性炭制备成本高、吸附性能差等问题,而且实现了农业固体废弃物和工业固体废弃物的高附加值利用,有效配置了社会资源。本研究拟采用磷酸活化法,以廉价的生物质废弃物 木屑为炭源,钢渣为活性填料,复合制备具有优良降解甲醛性能的活性炭。依据 室内装饰装修材 料 人 造 板 及 其 制 品 中 甲 醛 释 放 限 量()对复合活性炭的降解甲醛性能进行分析,采用元素分析仪和射线荧光光谱仪()对原料化学成分进行测试与分析,采用比表面积及孔径测定仪()对孔结构进行测试与分析,采用扫描电子显微镜()对微观结构进行测试与分析,以揭示钢渣与木屑
6、复合制备活性炭的协同作用和降解甲醛机理。实验材料与方法 实验材料实验采用的木屑取自安徽某木材加工厂,钢渣取自中国宝武钢铁集团有限公司。所使用的磷酸、盐酸、无水乙醇、甲醛均为 级,购自国药集团化学试剂有限公司。实验方法()钢渣木屑复合活性炭的制备将木屑用蒸馏水清洗干净,除去灰尘等杂质,在干燥箱 下干燥,然后用粉碎机将木屑粉碎,过 目标准筛,干燥至恒重,密封储存备用。取 钢渣,利用变频行星式球磨机以转速 粉磨,过 目标准筛,获得钢渣超微粉。然后按照不同配比称取一定质量比钢渣微粉和木屑微粉,加入一定质量磷酸,混合搅拌均匀,室温下浸渍,保证活化剂充分进入原料内部。将混合物放入坩埚,移至马弗炉,按照 的
7、升温速率,达到既定温度后活化。冷却至室温后,倒入 盐酸溶液中,用蒸馏水反复冲洗,直至溶液 呈中性,最后干燥至恒重,制 得 钢 渣木 屑 复 合 活 性 炭(,),密封储存备用。()实验参数设计本实 验 主 要 研 究 钢 渣 掺 量()、浸渍比()、活化温度()对 甲 醛 降 解 率()的影响。第 卷第期钢渣木屑复合活性炭的制备及其降解甲醛性能钢渣掺量定义为钢渣微粉量占原材料的质量分数,计算方法如式()所示;浸渍比为磷酸与原材料的质量比,计算方法如式()所示:()()式中:为钢渣微粉的质量;为 目木屑微粉的质量;为磷酸的质量。甲醛降解率定义为同一甲醛初始浓度下,同一时间范围内,有、无活性炭情况
8、下环境测试舱内甲醛含量减少情况。设定环境测试舱中温度为(),相对湿度为(),空气交换率为每小时()次,表面空气流速为 ,每隔 采样一次,累积采样。计算方法如式()所示:()式中:为有活性炭的环境测试舱内测得的甲醛浓度累加值;为没有活性炭的环境测试舱内测得的甲醛浓度累加值。性能测试依据 固体生物质燃 料 工 业 分 析 方 法()测试木屑主要成分;依据 室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量()与环境测试舱法,采用 型多功能甲醛氮测定仪(精度 ,长春吉大小天鹅仪器有限公司)测试降解甲醛性能。样品表征采用 元素分析仪测试木屑元素组成,采用 射线荧光光谱仪测试钢渣化学成分,采用 全自动比表面和
9、孔隙分析仪测试孔结构,采用 扫描电子显微镜测试微观形貌。结果与讨论 原材料成分分析木屑的主要成分如表所示:木屑中水分()为 (质量分数,下同)、灰分()含量为 、挥发分()含 量 为 、固 定 碳()含 量 为 ;元 素 分 析 可 以 看 出,木 屑 中 含 量 为 、含量为 、含量为 、含量为 ;说明木屑的固定碳含量较高、灰分含量较低,满足磷酸活化炭基材料的要求,且,含量分别超过,适合作为制备活性炭的炭源。表木屑的主要成分 表为钢渣的化学成分。从表可以看出,钢渣的化学成分主要包括 ,等,其中具有磁性性能的 与催化性能的 合计占比 。表钢渣的化学成分(质量分数)()钢渣掺量对降解甲醛性能的影
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