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制備活性炭的原料有哪些?

作者:柱狀活性炭 日期:2018-08-09 10:40:29 人气:

制備活性炭的原料有哪些

活性炭是利用木炭、木屑、椰殼、各種果核、紙漿廢液以及其他農林副産品、煤以及重質石油爲原料經炭化活化而得的産品,它與木炭、炭黑和焦炭稱爲微晶質炭(無定形炭)。活性炭作爲最古老最重要的工業吸附劑之一,與其他吸附劑(樹脂類、矽膠、沸石等)相比,具有許多優點:高度發達的孔隙結構和巨大的內比表面積;炭表面上含有(或可以附加)多種官能團;具有催化性能;性能穩定,可以在不同溫度、酸堿度中使用;可以再生。

近年來隨著人們對環保問題的日益重視,活性炭被廣泛應用于制藥、化工、食品、加工、冶金工業、農業等各個領域。應用領域的拓寬對活性炭性能提出了更高的要求,從而進一步促進活性炭在原料方面的發展,也促進了不同品種特殊性能活性炭的研究開發。

制備活性炭原料有哪些

近年活性炭原料有兩種發展趨勢:一是制造應用量大而廣,性能一般但價格低廉的制品;二是制造性能優良具有特殊用途的高性能活性炭,多使用特制高價原料。所有制造活性炭的原料均爲含碳物質,可分爲以下幾大類。

(1)植物類原料

早期制備活性炭的原料主要是木質原料,近年來制備活性炭謀求廉價原料的探索受到重視,使原料範圍增廣:除傳統的優質木材、鋸木屑、木炭、椰殼炭、棕榈核炭,另外還有農林副産物和某些食品工業廢棄物包括廢木材、竹子、樹皮、風倒木、核桃殼、果核、棉殼、咖啡豆梗、油棕殼、甘蔗渣、糠醛渣等。其中椰子殼和核桃殼最優,通常果殼經初步炭化,再用水蒸氣活化,所得到的活性炭具有較高的強度和極精細的微孔,這種活性炭主要用于防毒保護上。炭化的樹皮以氣體活化可得到廉價的活性炭,這種活性炭可用來作爲造紙廢水的脫色劑。用椰樹皮纖維爲原料,通過化學法可以得到一種活性炭,能有效除去工業廢水中的有毒廢金屬。甘蔗渣作爲制糖廠的廢棄物,回收利用可用來制造價格低廉具有特定性能的活性炭,用于汙水處理和顔料吸附。

植物類原料(木材)

(2)礦物類原料

1、煤炭類

目前用于制備活性炭的煤種主要是某些煙煤、優質無煙煤、褐煤等。無煙煤內部含有分子大小的孔隙,是制備微孔炭的合適原料,且其産品還具備分子篩特性,利用難轉化無煙煤資源獲得高回收率的活性炭日益受到重視。我國有豐富的煤炭資源,成爲煤質活性炭的生産大國,常用的是無煙煤和不黏煤、弱黏煤,生産的活性炭品質不高,品種單一,因此以煤爲主要原料用常規生産方法得到高比表面積、高吸附量的活性炭成爲具有很大意義的課題。

礦物類原料(煤炭類)

另外,在煤炭開采和浮選過程中,常伴隨大量低品質成分,如劣質煤、煤矸石等。利用這些廢棄物中的寶貴碳資源制成活性炭將有可能進一步降低成本,獲得在環保和化工生産中大量需求的高效吸附劑和催化劑,如利用碳和矽、鋁成分共存的特點制備矽膠複合吸附劑。Deng報道了從煤矸石出發,用堿熔活化結合強酸處理制備了一種複合吸附劑,它以矽膠爲骨架,活性炭均勻分散在矽膠骨架中。此外煤泥炭、煤瀝青也是制備活性炭的原料,最近關于這方面的研究也很多。

2、石油類

石油原料是指石油煉制過程中含碳産品及廢料,如石油瀝青、石油焦、石油油渣等。特別值得關注的是石油焦作爲石油加工副産物量大價低,且含碳量高達80%以上,揮發分一般在10%左右,雜質含量低,能制得高收率、低雜質、高比表面積的活性炭。目前美國、日本擁有利用石油焦制備比表面積超過3000m2/g的超級活性炭的專利技術,並實現了産業化。國內學者也作了類似的研究,吳明鉑等人用大慶石油焦爲原料以NaOH爲活化劑制得高性能活性炭;宋燕等人利用盤錦石油焦以KOH爲活化劑,制備比表面積爲3730m2/g的高比表面積活性炭。但此類活性炭生産成本昂貴,僅限于醫藥、電子、氣體吸附儲存等領域。今後要開發適宜工業化應用的石油焦生産的新技術,進一步提高石油焦的附加值,拓寬活性炭的原料來源。

礦物類原料(石油類)

另外催化油漿的有效利用是煉油行業的難題,目前多采用回煉的辦法,利用率低且耗能高。油漿中含有大量芳烴,芳構化程度較高,如果利用它來制備活性炭也不失爲一種好辦法。

(3)塑料類原料

聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃樹脂、酚醛樹脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等,這些原料可用來制活性炭。20世紀80年代,有人研究了以有機樹脂(樹脂前驅體如苯乙烯-二乙烯苯共聚物,聚偏二氯乙烯,聚丙烯脂等)爲原料合成活性炭,這種活性炭純度高,機械強度優于普通煤質活性炭,並具有孔徑分布可控的優點,廣泛用于生物醫學領域;粒狀酚醛樹脂是制造高性能活性炭的好原料,用它生産的活性炭具有獨特的微細孔,經表面處理,可用于電池電極材料、淨水器、氮氣發生裝置用炭分子篩等方面。

塑料類原料

(4)其他含碳廢棄物

1、廢輪胎

随着汽车工业的发展,全世界每年有3.3亿汽车轮胎报废被丢弃,造成严重的环境污染问题。人们曾经采取一些措施减少廢輪胎的数量,但从经济和环保的角度出发,最好的办法是将这些廢輪胎回收利用转化成有用产品。将廢輪胎经过炭化、活化处理,生产活性炭作为吸附剂使用已有该方面的报道,P. Ariyadejwanich等人将廢輪胎橡胶炭化,在HCl中浸泡后用水蒸气进行活化,制得的活性炭孔容积为1.62cm3/g,比表面积为1119m2/g。但是用廢輪胎生产活性炭也存在着一系列问题:轮胎进行炭化处理时,橡胶成分气化而炭黑几乎全保留在炭化产物中。炭黑是活化时生成孔隙的主要碳质部分,而炭黑结晶化程度比较高,难被水蒸气活化。所以为了使其孔隙发达,就必须提高活化的温度或者延长活化的时间。当活化条件太苛刻时,会增加所制的活性炭的灰分;另一个问题是廢輪胎活性炭中含有重金属锌,不能用于水处理及土壤处理中,仅限于处理气体使用。

其它含碳废弃物(廢輪胎)

2、除塵灰

除塵灰是钢铁企业在生产过程中排放的大量粉尘和副产品,量大且粒度极细,主要成分是铁和碳,还有少量的钙、镁、硅、铝的氧化物。目前,我国对除塵灰的利用主要是将其粒化后作为炼钢原料进行回炉,或作为水泥等的加入料、填料、氧化铁红等一些技术含量较低的材料。国外对除塵灰的回收利用非常重视,回收其中的碳作为橡胶补强填料墨水、油漆和炭黑,或制成活性炭用于水处理、空气净化。国内学者对此也有研究,赵乃勤等人用天津还原铁厂含碳量为62.68%的除塵灰分离炭粉,用不同的活化方法制得比表面积为1191m2/g(化学物理法)和2322m2/g(化学活化法)的粉状活性炭,研究表明对CCl4、C6H6蒸气、废水中Cr(ⅥI)离子有良好的吸附性能。

以除塵灰分离炭粉为原料制备活性炭,一个主要问题是降低灰分。由于原料中存在无机杂质(如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaCO3等),采用物理活化的方法,只有碳元素与水蒸气反应,活化后这些杂质仍存在于制得的活性炭中,灰分的存在直接影响活性炭的品质和吸附性能,实验证明采用酸碱改性处理可以降低灰分。

其它含碳废弃物(除塵灰)

3、剩余汙泥

在利用生物处理过程中产生的剩余汙泥,制造活性炭方面也进行过不少研究。所研究过的泥种有处理食品工业中排水的剩余汙泥,纸浆工厂排水的凝聚沉淀污泥,处理综合废水过程中产生的污泥。所制得的活性炭由于灰分含量大,吸附能力只有市售活性炭的1/6左右,为提高吸附性能,将导致成本的增加和活性炭得率的降低。

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