活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附正丁烷气体性能，在这里介绍了一种新型的吸附剂设计技术，用于碳罐内活性炭改进对正丁烷气体的吸附性能。 测试了两种活性炭生产复合吸附剂并通过测量丁烷的吸附等温线和孔结构特征来评估性能。该在0.1重量%硅酸钠溶液浓度下制备的吸附剂的基于体积的吸附量，是原始活性炭(AC1和AC2)的1.04和1.53倍。 复合材料的堆积密度吸附剂随着硅酸钠溶液浓度的增加而增加。

　　汽车是碳氢化合物排放的主要来源。 挥发性有机化合物(VOC)汽油蒸发排放是臭氧前体，因此对地面臭氧有贡献。该汽油的主要挥发性成分是烃，如正丁烷，戊烷和丙烷。 这些当车辆长期停放时，碳氢化合物被外部空气的热量蒸发并且在加油期间也从燃料箱排出。 已知这些挥发性燃料气体具有对人体有毒害作用。 出于这个原因，燃料排放法规已经被引入控制和调节这些组件的排放。 碳罐是蒸发排放物控制装置，以防止气体吸附从汽油箱释放蒸发燃气活性炭。

　　随着对汽油车尾气排放的严格控制，碳罐性能是紧迫而关键的问题。 特别是吸附能力罐中使用的活性炭的改进是关键问题之一。

　　为了提高碳罐的性能，有些基础实验计算揭示了吸附气浓度差引起的气体扩散行为在碳填充床中通过数值计算来估计气体扩散。 普通活性炭吸附这类气体容易导致孔隙堵塞，需要开发出难以堵塞的活性炭和能够有效吸附汽油蒸汽的2.5〜4nm孔隙活性炭。

　　但上述研究是关于耐久性的改进，吸附能力的研究改善不大。 在这项研究中，我们重点研究吸附剂的吸附能力，并提出了一种新型的吸附剂设计技术，用于复合吸附剂的改进活性炭罐的蒸发蒸气吸附性能。 要有一个合理的设计和制造方法是本文开始的目的。 在这个过程中，复合吸附剂是通过浸渍活性炭在活性炭的孔隙中合成硅胶后制备在硅酸钠溶液中的碳。 并通过测量吸附来评估性能作为蒸发燃料气体和孔结构的主要组分的正丁烷气体的等温线。

　　两种活性炭(AC1：比表面积1950m2/g和AC2：具体表面面积：1190平方米/ g，每个粒径调整在约100μm))，具有不同的孔分布被使用。 如图1所示，AC1的孔隙广泛地从中孔发展到大孔。该AC2主要以微孔形式存在。 两者的性质和孔结构特征吸附剂如表1所示。如表1所示，两种活性炭具有较高的比活度表面积被使用。

　　图1.原始样品的孔分布

　　程序和评估方法

　　浸渍亲水性二氧化硅的方案如图2所示。浸渍方案图2显示了亲水性二氧化硅。类似的方法用于浸渍二氧化硅活性炭。 为防止活性炭中硅酸的溶解，中和硅酸钠工艺分为两个阶段：1)活性炭浸渍a足量的硅酸钠并干燥，然后加入2)硫酸。二氧化硅单体由硅酸钠和硫酸通过以下反应制备：

　　Na 2 O·3.3SiO 2 + H 2 SO 4 + 5.6H 2 O→3.3SiO(OH)4 + Na 2 SO 4

　　在加热和老化之后，发生以下脱水缩合反应：

　　2SiO(OH)4→(OH)3 Si-O-Si(OH)3 + H 2 O.

　　这些过程在活性炭的孔隙表面上形成了粘附的二氧化硅层。

　　浸渍温度设定在25℃，这是最好的温度。 样品制成各种实验条件(硅酸钠溶液浓度为0.1 10wt%，浸渍〜时间为1 48h)。 吸附性能通过吸附等温线，孔径分析来评估表面观察和包装密度。 孔隙结构特征及其堆积密度样品通过25℃下的水蒸气吸附等温线和15℃的氮气吸附法。 表面积通过(BET)方法获得。 孔体积是由水蒸气吸附等温线的结果计算。 通过a观察吸附剂的外观SEM-EDX(扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱仪。

　　二氧化硅浸渍活性炭的SEM-EDX图像

　　显示了活性炭1原始样品和活性炭1的1wt%二氧化硅浸渍的碳的SEM-EDX图像图2在EDX照片中，二氧化硅显示为红色部分。 正如所显示的图片，我们可以找出在活性炭1的原料碳中存在二氧化硅，可以确定主要的碳元素。 二氧化硅的存在可以在活性炭1的1wt%二氧化硅浸渍的活性炭内观察到。 特别是在10重量%条件下，红色部分增加，可以观察到大量的二氧化硅。 根据结果以上，可以确认在活性炭孔内添加二氧化硅。 总结一下，当硅酸钠溶液浓度高，硅酸钠分子很容易渗入活性炭微孔。

　　二氧化硅浸渍活性炭的正丁烷吸附等温线

　　在钠的条件下从活性炭1获得的样品的正丁烷吸附等温线硅酸盐溶液0.1%，1%，10%，浸渍时间48h，见图3那些原料活性炭。 即使在较低的压力环境下，我们也可以看到大量的丁烷吸附。 当硅酸钠溶液浓度为1wt%时，正丁烷的吸附量在0.4的相对压力下比原始碳增加最多1.07倍。 几时0.1wt%时，正丁烷的吸附量最多比原活性炭提高了1.04倍。 当它是10wt%，正丁烷的吸附量比原始活性炭减少最多17%。在其他浸渍条件下也观察到类似的趋势，甚至对于所示的活性炭2也是为0.1wt%时，正丁烷的吸附量最多增加了1.53倍。

　　图2.活性炭1(左)和活性炭1 + 1wt%(右)的SEM-EDX图像

　　图3.在25℃，活性炭1的正丁烷的吸附等温线

　　活性炭在0.4的相对压力下。 当它是1wt%时，正丁烷的吸附量增加了最多是原料碳的1.11倍。 当它为10wt%时，正丁烷的吸附量减少比原始碳高出7%。根据上述结果，当硅酸钠溶液的条件是0.1和1wt%分别可以说，正丁烷对二氧化硅浸渍碳的吸附性能较大比法碳。

　　为提高碳罐活性炭的正丁烷吸附性能，复合吸附剂通过将二氧化硅浸渍到活性炭的孔中来进行。该得出以下结论。

　　1)在硅酸钠溶液中制备的吸附剂的基于体积的吸附量0.1wt%浓度和48h浸渍时间分别是原料的1.04和1.53倍活性炭。

　　2)在硅酸钠溶液中制备的吸附剂的基于体积的吸附量0.1wt%浓度和48h浸渍时间分别是原料的1.04和1.53倍活性炭。 基于体积的吸附量下降在10wt%硅酸钠溶液浓度和48h浸渍条件下。

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