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活性炭的制備方法有哪些?

作者:柱狀活性炭 日期:2018-08-15 9:46:47 人气:

活性炭的制備方法有哪些

活性炭的制備方法主要有:化學活化法,物理活化法和物理化學活化法。活性炭具有優良的吸附性能,在工業上有著廣泛的應用。

活性炭的制備原料

目前國內外普遍使用的活性炭原料(所有制備活性炭的原料都是含碳物質)分爲五大類。植物原料類,如核桃殼、木炭、椰子殼、糠醛渣、竹子、樹皮、果核、稻殼、油棕殼、木屑及紙漿廢液等;煤炭原料類,例如無煙煤、弱粘煤、褐煤及泥煤等;石油原料類,例如石油瀝青、石油焦、石油油渣等;塑料類,例如聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚四氟乙烯等等;其它類,比如動物骨頭、動物血液、蔗糖、糖蜜、舊的輪胎等。

活性炭的制備方法

(1)化學活化法制備活性炭

化學活化法是先在原料中加入一定比例的化學藥品,再進行活化和炭化,同時將其放入惰性氣體介質中加熱最後回收加入的化學藥劑。在進行活化時,如果使用化學藥劑侵蝕含碳材料,並使其中的氧和氫等元素以CH4、H2O等小分子的形式逸出,盡量減少副産品焦油形成,可提高活性炭收率。活化過程中使用的化學藥劑主要有H2SO4、KOH、K2S、ZnCl2、H3PO4、NaOH等。一般來說化學炭的孔隙中微孔、中孔發達。

利用KOH活化制備高比表面積活性炭是目前文獻報導最多的化學活化法,其制備工藝如圖1所示。

图1 KOH活化法工艺流程图

KOH與碳材料的活化反應過程較爲複雜,一般認爲,炭材料與KOH的主要反應方程式爲:KOH+C→K2CO3+H2O+H2;同時考慮到碳具有還原性、KOH遇高溫會分解、再結合金屬鹽是蒸汽活化催化劑的研究結果,就能推知如下反應會在在活化反應過程中發生:

KOH→K2O+H2O;

C+H2O→CO+H2

CO+H2O→CO2+H2

K2O+H2→K+H2O;

K2O+C→K+CO。

目前在工業生産中得到廣泛使用的是氯化鋅活化法這是一種比較成熟的活化方法。在200℃至600℃之間氯化鋅對木質素起作,其中從200℃至350℃之間氯化鋅的浸漬,會促進了木質素中易揮發物汽化脫氫;在350℃至450℃之間氯化鋅的脫氫作用會抑制焦油的産生,從而使木質纖維素芳構化;當溫度由450℃上升到600℃時,氯化鋅已經汽化,氯化鋅分子會浸漬到碳的內部起骨架作用,碳的高聚物炭化後就會沈積到骨架上,當用熱水洗和酸去氯化鋅後炭就成了擁有巨大表面的多孔結構活性炭。氯化鋅活化制作的活性炭最適宜的活化溫度爲550℃至600℃,主要是微孔結構。

磷酸當作活化劑時在活化過程中有酸催化和脫水雙重作用,當磷酸進入原料的內部時,會同原料的無機物生成磷酸鹽,會使得原料膨脹,増大碳微晶的距離。同時,磷酸能進一步緩解已經形成碳的氧化作用,減緩侵蝕炭體而造孔。

(2)物理活化法制備活性炭

物理活化法是將原料炭化後,用空氣、二氧化碳、水蒸汽、煙道氣在600℃至1200℃高溫下進行活化處理,活化氣體和阻塞在閉孔中的遊離無規則炭以及雜原子反應會使閉孔打開,擴大比表面積,增強活性,其工藝流程如圖2所示。

图2 物理活化法工艺流程图

物理活化法相對于化學活化法,工藝簡單,成本較低,對設備材質要求不高,對環境無汙染,但工藝時間長,能耗高。

(3)物理化學活化法

物理化學活化法是把物理活化法和化学活化法两种方法相结合的活化法,即将经过化学处理的炭再进一步进行气体(二氧化碳或水蒸汽)活化,提升活性炭纤维的活化得率和比表面积,提升活性炭纤维中微孔在的比例。

活性炭制備方法的發展趨勢

活性炭的原料很廣泛,而且不同自然條件、地理環境的下,同一材質的原料有時候成分差異很大。如果總是用同樣的制備方法,那麽會降低活性炭的質量以及限制材料的最大利用率。因此未來活性炭的制備應該在傳統的制備基礎上發展的更具有新穎性、多樣化、針對性。另外傳統活性炭多數應用在廢氣、廢水的處理方面。目前隨著高比表面積超級活性炭的逐步普及,人們開始嘗試用活性炭來吸附儲存氫氣、甲烷,從而提高能源的利用率還有人研究把它用在人體上。雖然近幾年國內有許多科研人員在開展這方面的研究,但大多數研究都處在初始階段,仍有待于進一步深入研究。

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