CN115672271A - 一种用于油气回收的改性活性炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了了一种用于油气回收的改性活性炭及其制备方法,属于改性活性炭领域。其技术方案为:S1、将活性炭进行预处理,S2、将活性碳纤维进行预处理,S3、将碳纳米管进行预处理,得到碳纳米管分散液,S4、将预处理活性炭、预处理活性碳纤维、预处理碳纳米管分散液混合处理,制成改性活性炭,本发明的有益效果为:活性炭经过和活性碳纤维、碳纳米管混合后其油气吸收效率和吸收量都有明显提高,说明活性炭和活性碳纤维,碳纳米管三者配合发挥协同作用,促进了活性炭在油气吸收的效果。活性炭,活性碳纤维,炭纳米管不同的处理方式也对改性活性炭油气吸收产生积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性活性炭及其制备方法,尤其涉及一种用于油气回收的
改性活性炭及其制备方法。
背景技术
油气是汽油和石油等轻质油品挥发到空气中形成的混合物,组份比较复杂,油品蒸发损耗本质上是由于油品固有的挥发性引起的,油品的饱和蒸气压越高,其蒸发损耗越大。油气是多种碳氢化合物和空气的混合物,其组分与油品品质、温度、压力有关,如直接排入大气,不仅造成油品数量的减少、浪费了汽油和石油等资源,造成经济损失,还会降低油品品质,降低了油品的质量,同时,油气是含苯环的芳香烃的混合物,对人体有较强的致癌作用,而且会污染环境带来安全问题,对人类生活的美好环境造成的潜在危害更是不可估量,严重影响人类生存的大气环境,油气的挥发损耗造成了巨大的经济损失和安全隐患,严重危害了人类、特别是采油、加油的从业人员以及油区附近生活的人们生活质量。减少油气损耗的途径,开展深入研究油气回收技术极其重要,可望用于油气分离回收利用的研究工作是具有十分深远而重要的意义。
吸附发生在固体表面上,很多固体表面对气体或液体都有一定的吸附能力,具有一定吸附能力的固体材料称为吸附剂,被吸附的物质称为吸附质,根据吸附剂与吸附质之间的吸附力的不同,吸附可分为物理吸附和化学吸附。比表面积较大的活性炭表面具有含氧基团,对非极性或弱极性的有机分子有很强的吸附性能,可成为优良的油气回收吸附剂。活性炭具有很强的吸附和表面化学特性所决定的,主要是由其特殊的吸附表面结构特进行活性炭表面改性,可以改变活性炭的吸附性。
但是活性炭为颗粒状,其堆积体内部活性炭颗粒相互接触比较紧密,空隙狭窄,不利于表面的充分展露和反应物质的流通,限制了活性炭在油气分离时的效果,因此需要对活性炭进行改性,以提高其分离油气的效率。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种用于油气回收的改性活性炭,以提高油气回收效率。
所述改性活性炭由如下方法制备:
S1、将活性炭进行预处理,
S2、将活性碳纤维进行预处理
S3、将碳纳米管进行预处理,得到碳纳米管分散液,
S4、将预处理活性炭、预处理活性碳纤维、预处理碳纳米管分散液混合处理,制成改性活性炭。
进一步地,所述 S1的处理方法为:将活性炭水浴洗净,烘干,冷却至室温,浸入混合酸溶液中,回流处理后,烘干,冷却至室温得到预处理活性炭。
活性炭具有比表面积大、微孔丰富、吸附能力强等优点,但在与活性碳纤维和碳纳米管的结合过程中,会有一定影响,活性炭经过混合酸溶液处理,使一部分闭塞的孔被打开,造成炭骨架塌陷,微孔结构被部分破坏,导致微孔数量减小,中孔数量增多。活性炭大多数官能团主要存在于活性炭微孔表面,只有少数官能团存在于外表面,而且微孔孔容大小决定了活性炭吸附性能,中孔和大孔主要为吸附质分子快速深入活性炭的内部通道。使用混酸液,将控制微孔和中孔的比例,即减小对活性炭吸附能力的减弱,还可以提高对碳纳米管和活性碳纤维的结合。
进一步地,所述S2的处理方法为:将活性碳纤维用清洗液清洗,然后在去离子水中超声处理,然后浸入酸中超声处理,处理完成烘干。
活性炭纤维对无机气体、有机气体、液体以及液体中的溶质都有较强的吸
附性能,微孔越多,比表面积越大,活性炭纤维的吸附性能越好。酸与超声波的协同作用强化了对碳纤维表面的氧化及刻蚀作用,使碳纤维表面粗糙度和含氧极性官能团含量进一步提高,与活性炭和碳纳米管可以有较多、较强的化学键,形成较强结合。
进一步地,所述S3的处理方法为:将碳纳米管加入分散液中超声乳化,得到碳纳米管分散溶液。
进一步地,所述S4的处理方法为:将所述预处理活性炭和预处理活性碳纤维加入到碳纳米管分散液中,混合搅拌,烘干得到改性活性炭。
碳纳米管与活性碳纤维和活性炭三者的结构与比表面对比,碳纳米管可形成连续的网状结构,之间的空隙相互贯通,有利于活性炭与活性碳纤维的分散、表面的展露和反应物质的流通,活性碳纤维的比表面积最高,微孔数量多,吸附能力好,活性炭也有较高的比表面积,微孔比例也很高,但两者其堆积体内部颗粒相互接触比较紧密,空隙狭窄,不利于表面的充分展露和反应物质的流通,碳纳米管虽然比表面积低于两者,但碳纳米管之间形成疏松网状和空隙相互连通的细观结构,可以改善堆积体的内部结构,使粉体内部缝隙增大。活性炭吸附效果明显,活性碳纤维改善了活性炭的微孔比例结构,增加了其吸附能力,碳纳米管缓解了其内部堆积紧密的缺陷,提高了其吸附效率。
进一步地,S1中所述混合酸为HN03和H3P04,体积比为1:1-1:2,浓度为5-10mol/L,水浴温度为80℃,回流温度为80℃,时间为1小时。
进一步地,S2中所述清洗液为乙醇和丙酮的混合液,体积比为1:1,所述酸为浓硝酸,超声波频率为50-80kHz,洗时间为1小时,
进一步地,S3中所述分散液为N一环己基毗咯烷,超声分散时间为0.5小时,碳纳米管与分散液浓度为0.1 mg/ml。
进一步地,S4中活性炭、活性碳纤维、碳纳米管质量比为(60-80):(10-15):(10-25),
为了实现上述发明目的,本发明还提供了一种用于油气回收改性活性炭的制备方法,包含如下步骤:
将活性炭水浴洗净,烘干,冷却至室温,浸入混合酸溶液中,回流处理后,烘干,冷却至室温得到酸处理活性炭,将所述酸处理活性炭浸入碱溶液中回流处理后,烘干,冷却到室温,得到预处理活性炭,
将活性碳纤维用清洗液清洗,然后在去离子水中超声处理,然后浸入酸中超声处理,处理完成烘干,
将碳纳米管加入分散液中超声乳化,得到碳纳米管分散溶液。
将所述预处理活性炭和预处理活性碳纤维加入到碳纳米管分散液中,混合搅拌,烘干得到改性活性炭。
进一步地,所述混合酸为HN03和H3P04,体积比为1:1-1:2,浓度为5-10mol/L,所述清洗液为乙醇和丙酮的混合液,体积比为1:1,所述酸为浓硝酸,所述溶解液为N一环己基毗咯烷,活性炭、活性碳纤维、碳纳米管质量比为(60-80):(10-15):(10-25)。
本发明的有益效果是:由以上方案可知,活性炭经过和活性碳纤维、碳纳米管混合后其油气吸收效率和吸收量都有明显提高,说明活性炭和活性碳纤维,碳纳米管三者配合发挥协同作用,促进了活性炭在油气吸收的效果。活性炭,活性碳纤维,碳纳米管不同的处理方式也对改性活性炭油气吸收产生积极作用。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,对本方案进行阐述。
实施例1
S1将活性炭在80℃水浴洗净,烘干,冷却至室温,然后浸入浓度为5mol/L ,HN03和H3P04混合酸溶液中,体积比为1:1,80℃回流处理1小时后,烘干,冷却至室温得到酸处理活性炭。
S2将活性碳纤维用乙醇和丙酮混合液清洗,体积比为1:1,然后在去离子水中超声处理1小时,超声波频率为50kHz,然后浸入浓硝酸中超声处理,处理完成烘干。
S3将碳纳米管加入N一环己基毗咯烷分散液中超声乳化0.5小时,碳纳米管与分散液浓度为0.1 mg/ml,得到碳纳米管分散溶液。
S4将所述预处理活性炭和预处理活性碳纤维加入到碳纳米管分散液中,活性炭、活性碳纤维、碳纳米管质量比为80:10:10,混合搅拌,烘干得到改性活性炭。
实施例2
制备步骤参照实施例1,
S1中混酸浓度为5mol/L,体积比为1:2,
S2中超声波频率为50kHz,
S4中活性碳纤维、碳纳米管质量比为80:10:10。
实施例3
制备步骤参照实施例1,
S1中混酸浓度为6mol/L,体积比为1:2,
S2中超声波频率为60kHz,
S4中活性碳纤维、碳纳米管质量比为70:10:20。
实施例4
制备步骤参照实施例1,
S1中混酸浓度为18mol/L,体积比为1:2,
S2中超声波频率为60kHz,
S4中活性碳纤维、碳纳米管质量比为70:10:20。
实施例5
制备步骤参照实施例1,
S1中混酸浓度为10mol/L,体积比为1:2,
S2中超声波频率为80kHz,
S4中活性碳纤维、碳纳米管质量比为70:10:20。
实施例6
制备步骤参照实施例1,
S1中混酸浓度为6mol/L,体积比为1:2,
S2中超声波频率为60kHz,
S4中活性碳纤维、碳纳米管质量比为60:15:25。
活性炭油气吸附测试:
油气吸附单位质量活性炭的油气吸附量与残留量:在一定的条件下,准
确称取一定质量的活性炭放入吸附柱中,再向吸附柱中通入一定流
量和浓度的油气,达到活性炭的穿透点时,关闭油气,停止活性炭
的吸附实验,测量活性炭的质量。
Q=1000x(Me-Mo ) /Mo
其中,Q为穿透点时活性炭单位质量的吸附量,mg/g ;
Me为穿透点时活性炭的总质量,g;
Mo为吸附前活性炭的总质量,g;
活性炭质量为30g,油气浓度在10000ppm,油气流量在0.5L/min的条件下,各个时间段改性后的活性炭的吸附量如下表所示:
表1 活性炭对油气的吸附性能(mg/g)
从结果看出,改性活性炭比普通活性炭吸收油气效率更高,吸收量更大。在活性炭处理时,混合酸的性质对活性炭的有影响,活性炭,活性碳纤维和碳纳米管的比例也对油气吸收产生效率产生影响。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现,在此不再赘述,当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于油气回收的改性活性炭,其特征在于,所述改性活性炭由如下方法制备:
S1、将活性炭进行预处理,
S2、将活性碳纤维进行预处理,
S3、将碳纳米管进行预处理,得到碳纳米管分散液,
S4、将预处理活性炭、预处理活性碳纤维、预处理碳纳米管分散液混合处理,制成改性活性炭。
2.根据权利要求1所述的改性活性炭,其特征在于,所述 S1的处理方法为:将活性炭水浴洗净,烘干,冷却至室温,浸入混合酸溶液中,回流处理后,烘干,冷却至室温得到酸预处理活性炭。
3.根据权利要求1所述的改性活性炭,其特征在于,所述S2的处理方法为:将活性碳纤维用清洗液清洗,然后在去离子水中超声处理,然后浸入酸中超声处理,处理完成烘干。
4.根据权利要求1所述的改性活性炭,其特征在于,所述S3的处理方法为:将碳纳米管加入分散液中超声乳化,得到碳纳米管分散溶液,所述S4的处理方法为:将所述预处理活性炭和预处理活性碳纤维加入到碳纳米管分散液中,混合搅拌,烘干得到改性活性炭。
5.根据权利要求2所述的改性活性炭,其特征在于,所述混合酸为HN03和H3P04,体积比为1:1-1:2,浓度为5-10mol/L。
6.根据权利要求3所述的改性活性炭,其特征在于,所述清洗液为乙醇和丙酮的混合液,体积比为1:1,所述酸为浓硝酸,超声波频率为50-80kHz。
7.根据权利要求4所述的改性活性炭,其特征在于,所述分散液为N一环己基毗咯烷,活性炭、活性碳纤维、碳纳米管质量比为(60-80):(10-15):(10-25)。
8.一种用于油气回收改性活性炭的制备方法,其特征在于,包含如下步骤:
将活性炭水浴洗净,烘干,冷却至室温,浸入混合酸溶液中,回流处理后,烘干,冷却至室温得到预处理活性炭,
将活性碳纤维用清洗液清洗,然后在去离子水中超声处理,然后浸入酸中超声处理,处理完成烘干,
将碳纳米管加分散液中超声乳化,得到碳纳米管分散溶液,
将所述预处理活性炭和预处理活性碳纤维加入到碳纳米管分散液中,混合搅拌,烘干得到改性活性炭。
9.根据权利要求8所述的改性活性炭的制备方法,其特征在于,所述混合酸为HN03和H3P04,体积比为1:1-1:2,浓度为5-10mol/L,所述清洗液为乙醇和丙酮的混合液,体积比为1:1,所述酸为浓硝酸,所述分散液为N一环己基毗咯烷,活性炭、活性碳纤维、碳纳米管质量比为(60-80):(10-15):(10-25)。
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