褐煤基活性炭吸附工艺与装备

由于受我国能源禀赋特征影响，未来一段时间我国仍然是以煤为主体的能源结构。褐煤是优质化工原料，但其水分含量高、贫氢富氧特性明显，因此快速有效脱除褐煤中的水分、提高褐煤热解轻质产物产率对后续加工利用显得尤为重要。在褐煤脱水过程中，煤中的重金属等微量元素向周围生态环境中释放，对人类和环境造成危害。因此，分析脱水前后煤样中重金属的迁移规律可为后续褐煤利用打下坚实基础。为了总结褐煤提质、重金属脱除规律、磁性活性炭制备等相关研究，我们编写了本书。
全书内容共分为6章，在对比研究N2和不同溶剂对提质褐煤及物化结构影响的基础上，对提质褐煤中重金属的脱除规律进行了深入研究。针对重质焦油产率较高的问题，研究了氧载体组成对热解产物分布规律的影响。在此基础上，针对如何有效消化褐煤热解半焦，以提质褐煤为原料制备磁性活性炭，针对不同类型活性炭对氰化物废水吸附特性的影响进行了系统研究。第1章为褐煤提质基础知识；第2章为实验工艺与制备装备；第3章为提质褐煤物化结构对比研究；第4章为提质褐煤中重金属分布规律研究；第5章为褐煤催化热解产物分布规律研究；第6章为褐煤基活性炭对氰化物废水吸附特性研究。
本书由山东交通学院张东升、刘晓红、张志峰著。感谢中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院韦鲁滨教授对研究工作的支持和帮助。
由于笔者水平所限，书中难免存在欠缺和疏漏之处，敬请读者批评指正。

著者

张东升，工学博士，教授，德国亚琛工业大学访问学者，长期从事机械振动学、机械设计及理论、流体输送及智能控制等领域的研究，主持和参与纵向项目10余项，其中国家自然科学基金3项，发改委国家能源中心课题1项，辽宁省重大科技专项课题1项，辽宁省教育厅课题1项。主持和参与横向课题共计30余项，科研经费800余万元，在研科研经费200余万元。获得省部级科学技术奖励5项；著有专著1部；出版教材2部；发表论文30余篇，其中EI检索3篇；授权国家发明专利13项，授权实用新型专利10余项，授权软件著作权15项。

本书研究了N2和不同溶剂对提质褐煤的影响；针对重质焦油产率较高的问题，分析了氧载体组成对热解产物分布规律的影响；为有效就地消化褐煤热解半焦，以提质褐煤为原料制备磁性活性炭，系统研究了不同类型活性炭对氰化物废水吸附特性的影响；对提质褐煤中重金属脱除规律进行了深入探究。
主要内容包括：褐煤提质基础知识、实验工艺与制备装备、提质褐煤物化结构对比研究、提质褐煤中重金属分布规律研究、褐煤催化热解产物分布规律研究、褐煤基活性炭对氰化物废水吸附特性研究。
本书适合从事活性炭相关研究、生产、管理的人员使用，同时可供化工、材料、能源等相关专业的师生学习参考。

第1章褐煤提质基础知识1
1.1褐煤提质 1
1.1.1褐煤干燥 1
1.1.2褐煤水热提质 4
1.2褐煤中的重金属 8
1.2.1重金属赋存形态 8
1.2.2重金属析出特性 10
1.3褐煤热解 11
1.3.1热解产物特性 11
1.3.2催化热解 13
1.3.3催化氧化提质 15
1.4褐煤基活性炭 17
1.4.1活性炭制备方法 17
1.4.2活性炭的应用 18
1.4.3磁性活性炭 19
1.4.4活性炭对氰化物吸附的影响 21
1.5本书主要内容 21
1.6本章小结 24

第2章实验工艺与制备装备25
2.1实验样品 25
2.2褐煤提质实验过程 26
2.2.1褐煤脱水实验 26
2.2.2程序升温热解实验 27
2.3褐煤提质产物表征 28
2.4提质褐煤重金属逐级浸出 29
2.5氧载体的制备 29
2.6催化热解实验过程 30
2.6.1氧载体的热反应特性 30
2.6.2共热解实验 30
2.7氰化物吸附实验 31
2.8本章小结 32

第3章提质褐煤物化结构对比研究33
3.1N2气氛下褐煤提质及样品表征 33
3.1.1褐煤脱水热分析实验 33
3.1.2固定床脱水实验 34
3.1.3提质煤样碳氧键分布 35
3.1.4提质煤样孔隙结构 37
3.1.5提质煤样氧含量分布 39
3.1.6提质煤样表面官能团分布 40
3.2不同溶剂对提质褐煤物化结构的影响 41
3.2.1不同溶剂对褐煤中水脱除率的影响 41
3.2.2提质褐煤含碳官能团化学位移 44
3.2.3提质煤样官能团分布 47
3.2.4提质煤样表面化学键分布 52
3.2.5提质煤样表面形貌分析 53
3.3气体产物 54
3.4本章小结 55

第4章提质褐煤中重金属分布规律研究57
4.1处理的煤样分析 57
4.2提质褐煤中的重金属分布规律 58
4.2.1提质褐煤的XRD表征 58
4.2.2提质煤样中的重金属含量 59
4.2.3溶液对重金属析出影响机理 71
4.3液体中阳离子含量 72
4.4热解温度对Hg析出特性的影响 74
4.5保温时间对Hg析出特性的影响 76
4.6本章小结 77

第5章褐煤催化热解产物分布规律研究80
5.1氧载体的热反应特性 80
5.1.1氧载体热重分析 80
5.1.2氧载体XPS表征 82
5.2气体产物产率及组成 84
5.2.1N2气氛下热解气体产物组成 84
5.2.2通入水蒸气对气体产物分布规律的影响 88
5.3三相产物产率分布 89
5.3.1三相产物产率 89
5.3.2气体产物组分 91
5.4TG-MS分析 92
5.4.1气体产物释放规律 92
5.4.2焦油组成 95
5.5半焦气化反应性 99
5.6本章小结 100

第6章褐煤基活性炭对氰化物废水吸附特性研究103
6.1半焦基活性炭制备 103
6.2活性炭表征与分析 104
6.2.1活性炭孔结构分析 104
6.2.2活性炭XRD分析 106
6.2.3活性炭Fe物相对比 107
6.2.4活性炭磁性分析 108
6.2.5活性炭形貌分析 109
6.3pH值的影响 112
6.3.1pH值对氰化物脱除率的影响 112
6.3.2pH值对Zeta电位的影响 114
6.4氰化物浓度对脱除率的影响 115
6.4.1pH值在7～8范围内不同氰化物浓度对脱除率的影响 115
6.4.2pH值在10～11范围内不同氰化物浓度对脱除率的影响 117
6.5等温吸附曲线 119
6.5.1等温吸附模型 119
6.5.2等温吸附拟合参数分布 122
6.6吸附动力学及机理 126
6.6.1准一级和准二级动力学模型 126
6.6.2颗粒内扩散模型 131
6.6.3吸附机理 135
6.7本章小结 136

参考文献139