木質(zhì)活性炭自燃特性和機(jī)制研究(摘要)

徐凡(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京100091;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇南京210042)

活性炭是一種由多種官能團(tuán)、多種化學(xué)鍵組成的有機(jī)大分子?；钚蕴坑凶詿岬膶傩?，當(dāng)自熱積累的熱量超過散失的熱量時，將會發(fā)生自燃?；钚蕴孔匀际且粋€復(fù)雜的過程，本文報(bào)道研究揮發(fā)分、灰分、水分和官能團(tuán)等因素對活性炭自燃的影響。并建立以活化能指標(biāo)來比較活性炭的自燃傾向性的方法。

1)利用程序升溫對3種揮發(fā)分含量不同的木質(zhì)活性炭進(jìn)行加熱氧化和尾氣在線檢測，并對其受熱過程中指標(biāo)氣體產(chǎn)生規(guī)律進(jìn)行分析研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)活性炭在受熱升溫氧化過程中會釋放出H2、CO、C2H4和C2H2，當(dāng)木質(zhì)活性炭的揮發(fā)分含量較高時還會放出CH4指標(biāo)氣體。其指標(biāo)氣體產(chǎn)生規(guī)律為:當(dāng)體系溫度達(dá)100℃時樣品開始釋放出H2，隨著溫度的升高依次檢測到其它氣體，C2H4在140℃ ～160℃、CH4在170℃、CO在160℃ ～180℃、C2H2則在190℃ ～200℃時最后被檢測到;C2H2在體系溫度為230℃釋放量達(dá)最大值，其余各指標(biāo)氣體的釋放量則隨體系溫度增大而增大。各指標(biāo)氣體隨著相應(yīng)官能團(tuán)逐步活化而釋放，并且前一指標(biāo)氣體釋放時產(chǎn)生的熱量為后一官能團(tuán)的活化提供熱量。

2)利用程序升溫對4種不同含F(xiàn)e量的粉狀活性炭進(jìn)行加熱氧化以模擬活性炭自燃過程，并對其受熱過程中氣體產(chǎn)生規(guī)律進(jìn)行分析研究。運(yùn)用熱重分析手段對不同含F(xiàn)e量的粉狀活性炭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，含F(xiàn)e量較高的粉狀活性較早釋放出較多的可燃?xì)怏w，且反應(yīng)的主要階段向低溫區(qū)移動，F(xiàn)e元素在粉狀活性炭的整個自燃階段起到催化促進(jìn)的作用。這對于研究粉狀活性炭自燃過程具有實(shí)際的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

3)采用DSC法研究不同含水率的活性炭樣品，發(fā)現(xiàn)活性炭存在一最易自燃的臨界水分值，大約為12%。

4)活性炭自燃主要受活性炭結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素影響。在確定活性炭的粒度與外界條件相同下，可通過分析活性炭結(jié)構(gòu)來判斷其自燃傾向性。通過對活性炭樣品進(jìn)行紅外光譜分析和表面化學(xué)性質(zhì)分析，得到活性炭官能團(tuán)的類別和數(shù)量的多少次序，并根據(jù)活性炭熱重分析與自燃實(shí)驗(yàn)比較各樣品的自燃傾向性。結(jié)果表明，活性炭的氧化自燃始于一些活性基團(tuán)的氧化，且這些活性基團(tuán)含量越大活性炭越易自燃，說明用紅外光譜分析和表面化學(xué)性質(zhì)分析研究活性炭的自燃傾向性是可行的。

5)應(yīng)用熱重分析法研究了市場上常售的3種活性炭從30℃到900℃的氧化熱解過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:樣品的炭氧氧化過程中有一快速熱解階段，在此階段樣品的氧化動力學(xué)參數(shù)可以由一級反應(yīng)方程和Coats-Redfern模型描述，據(jù)此求出活化能?；钚蕴孔匀紝?shí)驗(yàn)證明活化能低的活性炭容易自燃，活化能高的活性炭不容易自燃。所以可以利用活化能指標(biāo)來比較活性炭的自燃傾向性。

活性炭;揮發(fā)分;灰分;水分;官能團(tuán);活化能