作者:寧夏永瑞達(dá)炭素有限公司 日期:2021年8月10日
活性炭的結(jié)構(gòu)和性能取決于原料的前驅(qū)體、碳化、活化和化學(xué)調(diào)節(jié)等性能。選擇合適的原料是影響活性炭性能的重要因素?;钚蕴靠梢杂筛鞣N類(lèi)型的含碳材料制成,原料來(lái)源廣泛。所用的制備方法因所用原料而異。
活性炭原料一般以低灰分高含碳量以及盡可能低的揮發(fā)分為佳。活性炭的原料主要是煤(褐煤、長(zhǎng)焰煤、煙煤、無(wú)煙煤)、木材、果殼?;钚蕴康闹苽浞椒ㄖ饕梢苑譃椋禾蓟ā⒒罨?、碳沉積法、熱收縮等方法。
1、碳化法
碳化法是將活性炭原料置于惰性氣氛中,以適當(dāng)?shù)臒峤鈼l件得到碳化產(chǎn)品的方法。
基本原理: 根據(jù)碳化產(chǎn)物在加熱過(guò)程中基團(tuán)、橋鍵、自由基和芳香環(huán)的復(fù)雜分解聚合反應(yīng),顯示碳化產(chǎn)物的孔隙發(fā)育、孔徑擴(kuò)張和收縮。在碳化過(guò)程中,含碳原料中的熱不穩(wěn)定成分以揮發(fā)性物質(zhì)的形式被除去,從而在半焦上留下孔隙。
碳化法適用于高揮發(fā)分活性炭原料,是所有其他方法的基礎(chǔ)。影響炭化過(guò)程的主要因素是升溫速率、炭化溫度和恒溫時(shí)間。采用的升溫速率一般在5~15°C/min,碳化溫度多在500~1100°C,恒溫時(shí)間為0.5~2h。
2、活化法
活化法是將活性炭原料置于活性介質(zhì)中加熱平緩處理,以發(fā)展其孔徑的方法。
基本原理:基于活性炭原料中碳的燒損,可以打開(kāi)封閉的孔隙,使孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),孔徑達(dá)到要求的范圍。常用的活化劑有空氣CO水蒸氣H3POKOHNaOH等。水蒸氣很容易獲得,在工業(yè)實(shí)踐中經(jīng)常用于活化。
活化法適用于氣孔率較小且揮發(fā)分較低,或氣孔率較高但孔徑較小的活性炭原料。
3、碳沉積
它是指碳?xì)浠衔锘蚓酆衔镌诟邷叵峦ㄟ^(guò)裂解,在多孔材料的孔隙中沉積碳,從而達(dá)到堵塞和調(diào)節(jié)孔隙的功能。
特點(diǎn):其工藝復(fù)雜、操作條件嚴(yán)格、實(shí)際生產(chǎn)成本較高。碳沉積常分為氣相(CVD)與液相沉積(LVD)。對(duì)于氣相沉積過(guò)程,氣體在反應(yīng)爐中的濃度較均一,能有效地控制活性炭孔徑,但不足之處是需外加沉積氣源發(fā)生裝置,還需調(diào)節(jié)流量,不利于操作;液相沉積對(duì)工藝要求較低,操作較容易。
4、熱收縮法
即熱縮聚法,是指碳質(zhì)材料經(jīng)碳化、活化后,在1000~1200℃的高溫條件進(jìn)一步熱處理的過(guò)程,從而達(dá)到縮小孔徑的目的。
5、其他方法
還有一些制備活性炭的新工藝和方法,如等離子體法、鹵化法、模板法、微波加熱法等。在活性炭的生產(chǎn)過(guò)程中,為了獲得性能良好的活性炭,通常會(huì)將上述方法結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。
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