載氧化鎂活性炭的制備及性能研究

王守偉，傅修軍

（大同中車煤化有限公司，山西 大同 037300）

0 引 言

我國是世界上煤炭資源較為豐富的國家之一，煤炭種類齊全，分布廣泛。山西、新疆、寧夏、內蒙古等省是我國主要的煤炭生產基地，同時，山西、寧夏也是我國兩大活性炭生產基地。大同煤因低灰、低硫、揮發分適中，是制備煤質活性炭的理想原料，因此山西的活性炭生產又集中在大同。但是，隨著煤炭開采的機械化和大型化，以及活性炭生產用煤只是煤炭應用領域的很小一部分，適合制備活性炭的特定煤層很難被單獨、精細地開采，大同地區適合制備高品質活性炭的煤源越來越少。

氧化鎂/活性炭復合材料是金屬氧化物-碳復合材料中的一種。氧化鎂與活性炭通過不同方式雜化復合后，分散在活性炭上的氧化鎂比表面積將顯著提高，其溫和的堿性將得到更大體現。金屬氧化物的親水性加上活性炭高比表面積及對非極性物質的強吸附力，形成性能獨特的多孔性吸附材料。主要用于各種氨基酸工業、精制糖脫色、味精工業、葡萄糖工業、淀粉糖工業、化學助劑、染料中間體、食品添加劑、藥品制劑等高色素溶液的脫色、提純、除臭、除雜。

載氧化鎂活性炭是一種改良的糖液脫色用活性炭，除具備普通糖炭的優良吸附性能外，堿性氧化物氧化鎂的負載可對糖液pH 值起到緩沖作用。在活性炭對糖液的脫色過程中，糖液的pH 值會降低，導致糖的轉化，添加氧化鎂后會減緩糖液pH值的降低，抑制糖的轉化。

1 實 驗

1.1 原 料

選用3 個不同地區的5 種原煤（編號分別為1號、2 號、3 號、4 號和5 號） 為主要原料，原煤的工業分析見表1。氧化鎂選用含量為93%～95%的輕質氧化鎂。

表1 原煤的工業分析Table 1 Industrial analysis of raw coal

1.2 制備工藝過程

1.2.1 磨 粉

原料煤經干燥、破碎至3～5 mm，磨粉機磨制成粉，要求90%以上過200 目篩。

1.2.2 壓塊成型

在煤粉中加入一定比例的氧化鎂粉末并混合均勻，使用對輥壓塊機干法造粒，成型壓力為10 MPa，成型顆粒尺寸為φ20 mm×10 mm×6 mm。經破碎、篩分，得到粒徑2～8 mm 物料。

1.2.3 炭化條件

升溫速率10 ℃/mim，炭化終溫550 ℃。

1.2.4 活化條件

活化溫度900 ℃，水蒸氣流量1.25 mL/（100 g炭化料·min），最后經破碎、篩分，得到φ 0.6～2.36 mm 氧化鎂活性炭產品。氧化鎂活性炭制備工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 氧化鎂活性炭制備工藝流程圖Fig.1 Preparation process flow diagram of magnesium oxide loaded activated carbon

1.3 試驗所用設備

試驗所用設備見表2。

表2 試驗所用設備Table 2 Equipment used in the experiment

1.4 性能檢測

樣品的碘吸附值、糖蜜值、磨損值、氧化鎂含量等指標的檢測分別按如下標準的規定進行：《ASTM D4607-1994 活性炭碘值的標準測試方法》《Galgon TM-3》 《AWWA B604-2012 磨損值》《企標》。本文旨在制備預期技術經濟指標為碘吸附值≥950 mg/g、糖蜜值≥210、磨損值≥65%、MgO 含量5%～8%的載氧化鎂活性炭。

2 結果與討論

2.1 成型料制備結果及分析

對選取的原料煤及氧化鎂進行配煤壓塊，成型料的制備結果見表3。

表3 成型料的制備結果Table 3 Preparation results of molding materials

2.2 炭化料制備結果及分析

將成型料在炭化爐中進行炭化，得到炭化料，并對其性能指標進行檢測，炭化料的制備結果見表4。

表4 炭化料的制備結果Table 4 Preparation results of carbonizing materials

2.3 活化料制備結果及分析

將炭化料在活化爐中進行水蒸汽活化，制得活化料樣品，并對其性能指標進行檢測。活化料的制備結果見表5。

表5 活化料的制備結果Table 5 Preparation results of activating materials

由表3～5 可知，1 號煤與2 號煤及氧化鎂配比分別為8∶2∶0.3、8∶2∶0.4、4∶6∶0.3、4∶6∶0.4 時，制得樣品的碘吸附值基本在900 mg/g以下，活化活性較差，糖蜜值均在170 以下，達不到預期指標。1 號煤與3 號煤及氧化鎂配比分別為4∶6∶0.3、4∶6∶0.4 時，活化活性較差，碘吸附值分別為911 和874 mg/g，未達到預期吸附指標。1 號煤與2 號煤及氧化鎂配比為9∶1∶0.3、4 號煤與5 號煤及氧化鎂配比為4∶6∶0.3 時，均可制備出滿足預期指標碘吸附值≥950 mg/g、糖蜜值≥210、磨損值≥65%、MgO 含量5%～8%的載氧化鎂活性炭樣品。

3 結 論

本文通過選取5 種不同的煤樣，添加不同比例的氧化鎂，經磨粉、配煤、成型、炭化、活化等制備過程，以碘吸附值、磨損值、糖蜜值、氧化鎂含量等為評價指標，制備載氧化鎂活性炭。得到如下主要結論。

（1） 以1 號煤與2 號煤配煤，添加氧化鎂，配比為9∶1∶0.3 時，可制得碘值980 mg/g 以上、糖蜜值210 以上、磨損值80%以上、MgO 含量5.8%以上的樣品，滿足預期技術經濟指標。

（2） 以4 號煤與5 號煤配煤，添加氧化鎂，配比為4∶6∶0.3 時，可制備出碘值1 057 mg/g、糖蜜值282、磨損值77%和MgO 含量6.3%的樣品，滿足預期技術經濟指標。