關(guān)于活性炭的制作工藝，詳細(xì)一點(diǎn)，謝啦

熱心網(wǎng)友：1．化學(xué)活化法

化學(xué)活化法是把化學(xué)藥品加入原料中，然后在惰性氣體介質(zhì)中加熱，同時(shí)進(jìn)行炭化和活化的一種方法，通常采用鋸屑等植物性原料．藥品活化法有三大缺點(diǎn)：① 對設(shè)備腐蝕性很大；② 污染環(huán)境；③活性炭中殘留有化學(xué)藥品活化劑，應(yīng)用方面受到限制．

1．1．氯化鋅法

氯化鋅法制造工藝為在原料中加人重量是原料0．5～4倍、比重為1．8左右的濃氯化鋅溶液并進(jìn)行混合，讓氯化鋅浸漬，然后在回轉(zhuǎn)爐中隔絕空氣加熱600-700℃ ，由于氯化鋅的脫水作用，原料里的氫和氧主要以水蒸氣的形式放出，形成多孔性結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的炭。

1.2  磷酸法

磷酸活化原則上是將精細(xì)粉碎的原料與磷酸溶液混合，接著混合物被烘干，并在轉(zhuǎn)爐內(nèi)加熱到400～600℃ ，眾所熟知的工藝過程是在較高的溫度下(1100℃ )進(jìn)行的．

1.3  以堿為活化劑的化學(xué)活化法

近來，以氫氧化鉀等堿性活化劑的化學(xué)活化法引人注目．將煤焦與氫氧化鉀混合，在氬氣流中進(jìn)行低溫、高溫二次熱處理，制得比表面積為2 918 平米／克的活性炭．選用經(jīng)一次炭化核桃殼或石油焦，加入1～ 5倍氫氧化鉀，充分混合，系統(tǒng)通氮?dú)獗Ｗo(hù)，低溫脫水，高溫活化，可制得高比表面積活性炭。美國Standard Oil公司于1971～1974的4年中申請了五篇用石油焦制備活性炭的專利，其要點(diǎn)為：用硝酸將石油焦氧化成石油焦酸，然后在不同的工藝條件下用過量的氫氧化鉀活化，制得比表面積在1 000-2 600 m ／g的活性炭．這種活化方法收率低，工藝繁瑣復(fù)雜，物料處理困難，未能在工業(yè)上應(yīng)用．因此該公司又于1978年公開了用3倍量的氫氧化鉀在850℃ 活化石油焦的專利．日本Kansal Coke and Chemicals公司在800℃ 減壓條件下用3倍量的氫氧化鉀直接活化石油焦制得 比表面>3 000 平米 ／克的活性炭。

 

1.2 氣體活化法

氣體活化法是把原料炭化以后，用水蒸氣、二氧化碳、空氣、煙道氣等，在600～1 200℃ 下進(jìn)行活化的方法．它的主要工序?yàn)樘炕突罨?，炭化就是將原料加熱，預(yù)先除去其中的揮發(fā)成分，制成適合于下一步活化用的炭化料．炭化過程分為400℃ 以下的一次分解反應(yīng)，400～700℃ 的氧鍵斷裂反應(yīng)，700～1 000℃ 的脫氧反應(yīng)等三個(gè)反應(yīng)階段，原料無論是鏈狀分子物質(zhì)還是芳香族分子物質(zhì)，經(jīng)過上述三個(gè)反應(yīng)階段獲得縮合苯環(huán)平面狀分子而形成三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的炭化物。炭化物的吸附能力低，這是由于炭中含有一部分碳?xì)浠衔?、?xì)孔容積小以及細(xì)孔被堵塞等原因所致．活化階段通常由在大約900℃ 下，把炭暴露于氧化性氣體介質(zhì)中，進(jìn)行處理而構(gòu)成．活化的第一階段，除去被吸附質(zhì)并使被堵塞的細(xì)孔開放；進(jìn)一步活化，使原來的細(xì)孔和通路擴(kuò)大；隨后，由于碳質(zhì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)性能高的部分的選擇性氧化而形成微孔組織。

1.2.1 微波加熱法制活性炭

含碳原料在600℃ 以上的溫度下進(jìn)行預(yù)熱處理，與水蒸氣、二氧化碳、含氧氣體或活化產(chǎn)生的氣體接觸，以微波直接加熱，即可完成活化．但由通常活化方法能制得活性炭的煤類、石油類、木質(zhì)類等原料，想用微波加熱到完全活化溫度是不可能的．例如煤、瀝青、木材等原料，若照射微波，最初因水分發(fā)熱，溫度可達(dá)100℃ 左右，然后當(dāng)水分蒸發(fā)完 ，發(fā)熱極小，要升溫到100℃ 以上，或不可能或需很長的時(shí)間．

1.2.2 活性炭微波加熱蒸汽活化法

微波加熱蒸汽活化法能使活性炭內(nèi)部表面積顯著擴(kuò)大．具體過程為：先將原料制成一定粒度和比重，通入水蒸氣充分?jǐn)嚢?，使其均勻濕潤，根?jù)毛細(xì)管現(xiàn)象，植物纖維素原料的各纖維間的微孔中存在著游離水分，從而使原料濕潤膨脹，然后，以這些游離水分為電解質(zhì)，用微波放射，游離水分急劇蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸汽壓，從原料內(nèi)部向外爆發(fā)性壓出．如此急劇作用，使纖維間的空間擴(kuò)大，同時(shí)急劇干燥，并產(chǎn)生無數(shù)龜裂，原料的多孔結(jié)構(gòu)更為顯著，內(nèi)部表面積進(jìn)一步擴(kuò)大．再連續(xù)干餾炭化，同時(shí)通以蒸汽，蒸汽不斷地流到原料的多孔和龜裂的地方，抑制和排除碳化氫的固著，直至炭化完畢，能很好地保持其多孔結(jié)構(gòu)。

1.3藥品活化和氣體活化的配合使用

氣體活化和藥品活化有時(shí)還配合起來使用．對受過藥品活化處理的炭，進(jìn)一步進(jìn)行水蒸氣活化，有時(shí)能制造出特殊細(xì)孔分布的產(chǎn)品，并使幅度很廣的細(xì)孔數(shù)增加．用活性炭處理含有會堵塞炭的細(xì)孔的那樣物質(zhì)的氣體時(shí)，例如，用粒狀活性炭從城市煤氣中吸附除去苯時(shí)，活性炭的細(xì)孔被城市煤氣中的二烯烴堵塞而迅速老化．為制造這種情況下能使用的活性炭，曾應(yīng)用過這種配合使用的活化方法．勒吉公司的苯佐爾邦牌活性炭就是有代表性的這類活性炭。

1.4 連續(xù)炭化活化法

用比較簡單的流動加熱爐連續(xù)進(jìn)行炭化和限制氧化活化的活性炭生產(chǎn)方法，并且操作省工、產(chǎn)品質(zhì)量較好．該方法特點(diǎn)是：把含水率調(diào)整到l5％ ～30％ 的活性炭原料，連續(xù)地送入流動加熱爐，同時(shí)由爐底鼓入適量的空氣，使?fàn)t內(nèi)進(jìn)行炭化和限制氧化活化，在原料入爐前到載入爐時(shí)，僅向爐內(nèi)送入少量火種，加上從爐的下部鼓入適量空氣，促使原料部分燃燒，以便加熱原料本身．爐內(nèi)溫度和炭化速度靠鼓入空氣量和投料量進(jìn)行調(diào)整．鼓風(fēng)除用于原料部分燃燒和加熱外，還用于使炭化過程中的粒子流態(tài)化和連續(xù)不斷進(jìn)行的活化反應(yīng)中。

1．5流化床一步法制造活性炭

流化床一步法制造活性炭上是近年來發(fā)展的煤制活性炭新工藝．該法將原料篩分后直接送入流化床，在初始流化速度下炭化和活化，活化溫度和活化氣體分布均勻，可有效地活化反應(yīng)原料．既可處理粉狀原料也可處理粒狀原料，生產(chǎn)工藝還簡單，受到了高度重視．英國國家煤炭局采用該法生產(chǎn)無煙煤活性炭已投入商業(yè)運(yùn)行．但單段流化床一般適合間歇操作，連續(xù)操作活化不均勻．田崎米四研究表明，流化床段數(shù)的增加，可使連續(xù)操作與間歇操作收到相同的活化產(chǎn)品．但該工藝制造成型活性炭時(shí)磨損嚴(yán)重，如把粉煤細(xì)粒子與成型原料混合活化，磨損可大大減輕，可同時(shí)制取粉狀和粒狀活性炭．工藝比加入惰性細(xì)粒子簡單，設(shè)備生產(chǎn)能力也大．

1.6 快速炭化活化法

研究者認(rèn)為，利用快速熱解工藝可以生產(chǎn)廉價(jià)的活性炭，這種活性炭有良好的吸附性能，使用后不需再生，可直接用作氣化原料．已有的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明快速熱解可顯著提高活性炭比表面積，在快速熱解過程中引入高溫水蒸氣介質(zhì)，對活性炭表面結(jié)構(gòu)有顯著影響．邱介山等用落下床輻射爐，以碳酸鉀為催化劑，探討黃縣褐煤在水蒸氣介質(zhì)中催化快速炭化生產(chǎn)活性炭的可能性．結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)中所得活性炭的空隙結(jié)構(gòu)指標(biāo)和吸附性能指標(biāo)已達(dá)到或接近某些市售活性炭的水平．

1.7褐煤半焦壓塊活化工藝

目前褐煤制活性炭應(yīng)用較為普遍的是褐煤半焦壓塊活化工藝．這種工藝首先將褐煤炭化，然后將半焦粉碎至0．1mm以下，加入瀝青粘結(jié)劑成型壓塊，粉碎壓塊后加入活化爐活化，經(jīng)篩分或磨細(xì)可制得粒狀或粉狀活性炭．澳大利亞和歐洲采用的都是這種工藝．

1.8 其它的生產(chǎn)方法

張雙全等探討了以硝酸鹽為主的氧化性復(fù)合催化劑制備煤基活性炭的新工藝，利用該催化劑將催化和氧化統(tǒng)一起來．結(jié)果表明，硝酸鋇的活性差，不宜作為催化劑使用；鉀化合物是制造活性炭的良好催化劑；助催化劑磷在活性炭空隙結(jié)構(gòu)發(fā)展上起著重要的作用；原料中的灰分對催化劑效能的發(fā)揮起阻礙作用；實(shí)驗(yàn)的復(fù)合催化劑可以提高活化反應(yīng)速度l倍以上，在相同燒失率時(shí)獲得較高的吸附性能，或在相同的燒失率時(shí)提高活化得率，從而降低活性炭的生產(chǎn)成本．澳大利亞Robert將20％氫氧化鉀溶液70～75 ml與干燥原煤或酸洗煤20 g混成凝膠膏狀，用壓塑機(jī)壓制出直徑6 mm的煤段，干燥后直徑變?yōu)? mm，堅(jiān)硬，然后在900℃ 氮?dú)獗Ｗo(hù)下餾16 h，干餾炭用稀酸浸提回收鉀鹽后制得產(chǎn)品．原煤活性炭表面積為l 340 m ／g，酸洗煤活性炭的為l 500 平米／g．在美國也開發(fā)類似工藝，但氫氧化鉀用量更大，制得粉狀活性炭表面積高達(dá)3 000 平米 ／g．但是在美國將原料褐煤及次煙煤用稀酸(如磷酸)處理，處理目的主要不是浸出礦物質(zhì)，而是使煤中的一些成分交聯(lián)，然后直接壓塊活化制造活性炭，產(chǎn)量和活性都大大提高．

2活性炭制備的發(fā)展趨勢2．1活性炭原料方面

傳統(tǒng)的活性炭制備多以木材、木炭、木屑、椰子殼、果核等為原料，隨著社會環(huán)保意識的增強(qiáng)，尤其是1998年發(fā)生在長江、松花江、嫩江流域的特大洪水使人們已切身體會到生態(tài)惡化對民族生存和可持續(xù)發(fā)展的巨大負(fù)面影響，國家迅速對自然林禁伐．致使木材、木炭的來源萎縮，即制備活性炭的原料受到極大地限制，價(jià)格也呈上漲趨勢，在此形勢下，利用切實(shí)可行的新工藝，以礦物質(zhì)原料代替生物質(zhì)原料制備活性炭具有重大的前途和意義．

2．2活性炭制備方法

由于活性炭原料的廣泛性，同時(shí)，同一材質(zhì)也因地理環(huán)境、自然條件的不同而不同，有時(shí)成分差異很大，如用同一種制備方法，使活性炭的質(zhì)量以及材料的最大利用率受到極大限制．因此，今后活性炭的制備將在傳統(tǒng)的制備基礎(chǔ)上朝著多樣化、新穎性、針對性發(fā)展．隨著活性炭新的應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)以及對性能更好的新產(chǎn)品的需求，開發(fā)節(jié)能、高效新工藝、新設(shè)備、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本成為活性炭行業(yè)的重要任務(wù)．