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近年来,随着全球能源和环境问题的日益突出,生物质资源化利用越来越受到广泛关注,其中以生物质为原料制备活性炭是研究热点之一。轻工发酵行业每年产生大量的富含木质纤维素发酵残渣,而且其排放集中,是典型的工业生物质资源。同时,这类生物质残渣含水量高、呈弱酸性、易腐烂变质,是潜在的环境污染源。本研究以固态发酵酿酒过程中产生的白酒糟为典型原料,在实验室分别采用物理沂化、物理-化学活化和化学活化制备活性炭的方法,系统研究了炭化温度、活化温度、活化强度(活化剂相对原料炭化料用量和活化时间)以及活化方法等制备条件对活性炭性能的影响规律,得到了制备活性炭的最佳操作条件。进一步通过分析测定白酒糟干燥、热解炭化和活化反应的动力学特性,设计、建立并调试运行了酒糟处理量1.5万吨/年的自热式连续制备活性炭的半工业化装置,以期实现白酒糟的高值化利用,得到如下结论:
(1)物理活化法以水蒸汽为活化剂比CO2具有更高的活化活性,采用水蒸气活化法制备活性炭的碘吸附值为580.9 mg/g,亚甲基蓝吸附值为98.7 mg/g,活性炭比表面积和孔体积分别为371.6 m2/g和0.34 cm3/g;
(2)物理-化学活化法是先碱处理炭化料再水蒸汽活化或者先水蒸汽活化再碱处理制备活性炭的方法,前者制备活性炭性能更好,其碘吸附值为853.9 mg/g,亚甲基蓝吸附值为128.4 mg/g,活性炭比表面积和孔体积分别为553.8 m2/g,0.61 cm3/g;
(3)化学活化法以KOH作为活化剂制备活性炭的性能更好,碘和亚甲基蓝吸附值分别为1206.7 mg/g,324.7 mg/g,活性炭比表面积和孔体积分别为1248 m2/g,0.75 cm3/g;
(4)中试放大采用水蒸汽作为活化剂制备活性炭的碘吸附值为610-630 mg/g,亚甲基蓝值为20-30 mg/g。