煙煤對活性炭孔結(jié)構(gòu)的影響

　　我國將干燥無灰基揮發(fā)分大于10%37%，并且恒濕無灰基高位發(fā)熱量Qgr,maf>24MJ/kg的煤定為煙煤，鏡質(zhì)組平均較大反射率為0.5%~2.5%，變質(zhì)程度從高到低依次劃分為貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤、氣煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤、長焰煤。

　　貧煤、貧瘦煤和瘦煤

　　貧煤、貧瘦煤和瘦煤是變質(zhì)程度較高的3種煙焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤和氣煤屬于中等煤，Vdaf均為10%~20%， 鏡質(zhì)組平均較大反射率為1.6%~2.5%，基本沒有或略有黏結(jié)性。在活性炭行業(yè)，很少用此3種煤單獨制備產(chǎn)品。曾對雙鴨山貧煤生產(chǎn)活性炭進行了工藝研究，通過物理活化制得的活性炭樣品碘值達到1000mg/g以上，可用于水處理、溶劑回收及防毒面具等。利用山西貧瘦煤同樣制備出了碘值1000mg/g以上、用于抗菌的活性炭。單獨用這3小類煙煤制成的活性炭仍以小于2nm的微孔為主，但直徑為2~10nm的中孔孔隙也較發(fā)達。

　　焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤和氣煤

　　焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤和氣煤屬于中等變質(zhì)程度的煙煤，鏡質(zhì)組平均較大反射率為1.7%，黏結(jié)指數(shù)一般為50以上，具有很強的黏結(jié)性。強黏結(jié)性煙煤在400℃附近顯示出熱的可塑性，炭化過程屬于液相炭化，粒子間相互融合，形成中間相，揮發(fā)分逃逸時形成圓形氣孔，在加熱處理過程中，隨溫度升高，微晶相互間的排列方式是整齊的，并且和軸向一致，較終形成高度有序的微晶排列，形成取向性好，各向異性，易石墨化的炭素前驅(qū)體，顯示出低孔隙率。黏結(jié)性越強，炭化產(chǎn)物的光學(xué)各向異性組織越多，易石墨化炭的含量比例越大，石墨化度越高，越不適于制備活性炭，所以用這些煤種單獨制備活性炭有很大的工藝難度。

　　采用揮發(fā)分35%~38%，灰分6%~8%的美國黏煤(相當(dāng)于我國1/3焦煤和主焦煤之間的過渡煤種)通過壓塊成型的方式生產(chǎn)活性炭，其典型產(chǎn)品平均孔直徑2.42nm，中孔率11.29%，含豐富大中孔且微孔發(fā)達。

　　利用氣肥煤配合無煙煤通過物理活化法制得了中孔率47.22%、平均孔徑2.93nm的中孔發(fā)達活性炭，說明了氣肥煤有使無煙煤質(zhì)活性炭孔隙結(jié)構(gòu)向中大孔發(fā)展的作用。強黏結(jié)性煤單獨制備活性炭的商業(yè)價值低且工藝難度較大，與無煙煤質(zhì)活性炭相比，強黏結(jié)性煤制得的活性炭苯吸附指標高，具有較大比例的中孔結(jié)構(gòu)。

　　1/2中黏煤、弱黏煤和不黏煤

　　1/2中黏煤、弱黏煤和不黏煤是變質(zhì)程度較低的3種煙煤，Vdaf為20%~37%，鏡質(zhì)組平均較大反射率為0.9%，黏結(jié)性較弱。這3種低變質(zhì)程度的煙煤，因煤中纖維素炭、絲炭含量較多，加熱時比較容易形成微晶的雜亂排列和較多的孔隙結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)過程中不需特別加工，是制備活性炭的煤種。尤其以山西大同的弱黏煤較為適合，具有低灰、高反應(yīng)性、易加工等特點，原始孔隙結(jié)構(gòu)中的大中微孔分配適中，可生產(chǎn)出高性能的原煤破碎活性炭和壓塊活性炭，適用于飲用水的深度處理。

　　對以大同弱黏煤為原料制得的壓塊活性炭進行研究，發(fā)現(xiàn)樣品的碘值大于1100mg/g，亞甲藍值大于250mg/g，中孔率12%以上，平均孔徑1.966nm，且綜合性能優(yōu)良，屬于兼顧微孔和中孔的活性炭產(chǎn)品，適宜于高端液相吸附凈化領(lǐng)域。

　　長焰煤

　　長焰煤的干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf>37%，鏡質(zhì)組平均較大反射率為0.65%，是變質(zhì)程度較低的煙煤，部分性質(zhì)接近褐煤。我國有豐富的長焰煤資源，主要分布于內(nèi)蒙古、陜西、新疆等東北、華北和西北賦煤區(qū)。

　　近年來，由于新疆、陜西各大富含高品質(zhì)長焰煤煤田的開發(fā)利用，長焰煤在活性炭行業(yè)的用量越來越大。陜西神木、府谷地區(qū)的活性炭企業(yè)采用神府-東勝煤田長焰煤為原料制造壓塊活性炭;神華集團于2014年開始主要利用新疆長焰煤生產(chǎn)壓塊活性炭，孔結(jié)構(gòu)相關(guān)指標碘值大于1100mg/g，亞甲藍值大于215mg/g。以神木長焰煤制得的壓塊活性炭平均孔徑3.4429nm，具有2~35nm相對充分發(fā)育的中孔孔隙，而微孔孔徑主要集中在0.9nm左右。并且將勝利煤、靈武煤、神木煤、大同煤、太西煤為原料煤制得活性炭SL-AC、LW-AC、SM-AC、DT-AC、TX-AC的孔容積進行對比，如圖1所示。

　　以長焰煤為原料可以獲得中孔和微孔同時發(fā)達的中孔型活性炭產(chǎn)品，適用于有機廢水的深度凈化。對煙煤而言，隨著變質(zhì)程度由高到低，活性炭孔結(jié)構(gòu)中的中孔逐漸發(fā)達，與無煙煤質(zhì)活性炭微孔為主形成明顯區(qū)別。