KOH活化杨木制备活性炭的特性研究李润霞，李占勇，董鹏飞，叶京生（天津科技大学机械工程学院，天津300222）个小峰为失水峰，失水量为10%左右，温度范围为20~ 100°C，这个阶段为木材干燥阶段，主要是木材中多余的水分依靠外部的热量蒸发，木材的化学成分基本没有变化；第二个肩状峰为半纤维素的分解，温度范围为200300°C，这是木材的预炭化阶段，半纤维素分解生成CO、C2和少量醋酸等物质；第三个主峰主要是纤维素的裂解，温度范围为300 ~400C，这是木材的炭化阶段，分解加剧，生成大量的分解产物，其中液体产物含有较大量的醋酸、甲醇和木焦油，气体产物中C2的量逐渐减少，甲烷、乙烯等可燃性气体逐渐增多。木素的热解贯穿于整个峰型结构中，热解温度范围为280 ~550C，图中所示的热分解也是在550~600C终止，到600C以后质量基本不再变化。

　　从（c）DSC曲线可以看出，在20~100C之间有个吸热峰，这表明：木材的干燥阶段，需要外部温度/-C温度/V（b）DTG曲线（a/%）/铟闼赵杨木K0H浸泡后供给热量，来保证水分的蒸发；在200有个不明显的吸热峰，表明这个阶段需要吸收的热量不多，即热解比较缓慢，为半纤维素的热解；在300~400C之间有个明显的吸热峰，表明这个阶段需要吸收的热量比较多，即热解加剧，为纤维素的热解阶段，随即在400 ~500C之间出现一个放热峰，这表明纤维素热解放出了大量的热量；在800~1000C之间出现一个放热峰，而这阶段质量没有变化，这是由于碳的重组反应发生，无序碳结构逐渐趋于有序化。

　　2.2KOH活化杨木制备活性炭的热解曲线及热解特性分析配制质量分数分别为5%、10%、20%、40%的KOH溶液，选取干燥后一定质量的杨木颗粒，将其分别浸泡在不同质量分数的KOH溶液中，浸泡2h后取出，将其放人真空干燥箱中干燥8h取出，称其质量。KOH溶液浓度高时，杨木颗粒表面出现白色晶体析出，热分解，加人KOH后的杨木颗粒，在温度低于550C时，一直处于缓慢热解状态，质量不断减少；温度高于750C以后，质量又开始下降。如（b）所示，加人KOH后，热解起始温度和终止温度以及最大失重峰的温度都有所降低。DTG曲线中有4个失重峰，第一个明显的失重峰依然为失水峰，温度范围为20~150C；第二个明显的失重峰为半纤维素和纤维素的热解，温度范围为180 ~400C，添加KOH后，第一个肩状峰发生了衰退或消失，是因为KOH加速了半纤维素和纤维素高聚物的解聚和脱水反应，减少了焦油和挥发分的产生，曾大了活性炭的得率。如图中KOH的热解曲线，在温度范围为180~400C时发生失重反应，主要发生反应：2KOH―K2O+H2O，所以可知加人活化剂的杨木颗粒在这阶段主要发生反应：珠rc产生的C2气体几乎完全转变为K2CO3，产生的气体主要是H2，活化过程中消耗掉的碳主要生成了K2C3；钾离子对半纤维素低温段的分解具有很强的催化作用，而对木质素催化效果不明显，所以第三个在400~550°C之间的失重峰主要为木质素的热解，木质素中含有的醚键断裂，生成一OH，进而生成H2，同样发生如上⑴一⑷化学反应。第四个失重峰在750~1000C之间，K单质的沸点是726C，所以在800C左右活化以后，多余的K析出，发生如下反应：温度/不同KOH/杨木颗粒质量比值下的TG曲线Fig.4表1升温速率10t/min下不同KOH/杨木颗粒比值的炭得率KOH与杨木颗粒质量比炭得率/%018.20.15 800C左右的K蒸气不断挤人碳原子所构成的层与层之间进行活化，这表明：超过一定温度，活性炭就会发生烧失反应，晶质炭被反应掉，之前的微孔被扩大成中孔或大孔，如果KOH的量足够大，最终活性炭完全被消耗掉。如（c）所示，加人KOH的DSC曲线在180 ~400C之间出现一个明显的放热峰，表明此阶段反应放出大量的热，超过纤维素热解需要的热量；在750~1000C之间出现吸热峰，表明K成为蒸气需要吸收大量的热量。

　　~750C这个温度区间为木材制备活性炭的活化温度区间。

　　2.3炭得率的比较热解后的产物包括活性炭及反应生成的化合物，用常温蒸馏水反复清洗该产物，直至溶液pH达到7，以便除去化合物，干燥后制得活性炭。炭得率定义为600C下所制备的活性炭质量与热解前杨木干颗粒质量之比。

　　2.3.1不同升温速率对炭得率的影响：1的样品在升温速率分别为10、20、25C/min下的热失重曲线。

　　加人KOH后的样品在不同升温速率下，剩余物质量分数在600~800C下基本一致，为49.7%左右，表明升温速率对最终炭得率影响很小。

　　2.3.2同种活化剂不同的配比对炭得率的影响为在相同升温速率（10C/min）下，杨木颗粒在不同浓度的KOH溶液里浸泡后，样品的热失重曲线。经过较高浓度的KOH溶液浸泡后，干燥样品中KOH与杨木颗粒质量比增大，热解温度在400 ~800C之间所得剩余物质量也增大。但是，由于热解剩余物包括炭及反应生成无机物质，评价目标产物活性炭的得率需要清除产物中的无机物质。在不同KOH与杨木颗粒质量比下，炭得率见表1.从表1可以看出，KOH活化的杨木颗粒热分解的炭得率明显高于杨木颗粒炭化的得率。随着KOH与杨木颗粒的质量比不断增大，最终活性炭的炭得率是先增大后减小，达到40%以上。当KOH与杨木颗粒质量比为0.49：1时，活性炭的得率较高，为49.7%，比不加KOH的对照粗炭得率提高30%左右。这一结果与Li等在研究KOH化学活化法制备聚碳酸酯基活性炭时所得实验结果（40%以上的炭得率）一致。

　　3结论热解实验结果显示，加人了活化剂KOH，使失重过程向低温处偏移，表明KOH对纤维素和半纤维素高聚物的解聚和脱水反应具有催化作用，最终形成活性炭的温度区间为550750°C.°C时，活性炭发生烧失反应，且烧失的程度与活化剂的用量有关，活化剂越多，烧失量越大。所以在制备活性炭的过程中，不仅要选择合适的活化剂的用量，更要对活化温度进行严格控制。

　　不同升温速率对最终的活性炭的得率影响不明显；加人KOH活化剂后在最佳条件的炭得率比未加任何活化剂的炭得率提高30%左右。

　　频率/Hz 24.2Hz和48.39Hz，振动频率集中在80Hz以下。在频率48.39Hz处，振动达到峰值10.01g这与管柱固有频率（122.44Hz）相差较大。参照管柱的谐响应分析结果，潜油泵电机的这两个频率的振动均不会对管柱的振动产生影响。

　　潜油泵振动（频域）5结论下管柱的固液耦合振动方程，应用所推导的方程计算出管柱的固有频率，并与数值计算方法进行对比。两种方法得到的频率值相差不超过1%.对井下管柱系统进行有限元谐响应分析，结果表明：管柱在动载荷频率<120 Hz时，管柱处在稳定状态。

　　根据实测的潜油泵振动数据，结合谐响应分析结果，推断出额定功率下潜油泵的振动以及原油的流动速度均不会对井下工具系统产生明显的振动影响。