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制备活性炭的原料有哪些?

作者:柱状活性炭 日期:2018-08-09 10:40:29 人气:

制备活性炭的原料有哪些

活性炭是利用木炭、木屑、椰壳、各种果核、纸浆废液以及其他农林副产品、煤以及重质石油为原料经炭化活化而得的产品,它与木炭、炭黑和焦炭称为微晶质炭(无定形炭)。活性炭作为最古老最重要的工业吸附剂之一,与其他吸附剂(树脂类、硅胶、沸石等)相比,具有许多优点:高度发达的孔隙结构和巨大的内比表面积;炭表面上含有(或可以附加)多种官能团;具有催化性能;性能稳定,可以在不同温度、酸碱度中使用;可以再生。

近年来随着人们对环保问题的日益重视,活性炭被广泛应用于制药、化工、食品、加工、冶金工业、农业等各个领域。应用领域的拓宽对活性炭性能提出了更高的要求,从而进一步促进活性炭在原料方面的发展,也促进了不同品种特殊性能活性炭的研究开发。

制备活性炭原料有哪些

近年活性炭原料有两种发展趋势:一是制造应用量大而广,性能一般但价格低廉的制品;二是制造性能优良具有特殊用途的高性能活性炭,多使用特制高价原料。所有制造活性炭的原料均为含碳物质,可分为以下几大类。

(1)植物类原料

早期制备活性炭的原料主要是木质原料,近年来制备活性炭谋求廉价原料的探索受到重视,使原料范围增广:除传统的优质木材、锯木屑、木炭、椰壳炭、棕榈核炭,另外还有农林副产物和某些食品工业废弃物包括废木材、竹子、树皮、风倒木、核桃壳、果核、棉壳、咖啡豆梗、油棕壳、甘蔗渣、糠醛渣等。其中椰子壳和核桃壳最优,通常果壳经初步炭化,再用水蒸气活化,所得到的活性炭具有较高的强度和极精细的微孔,这种活性炭主要用于防毒保护上。炭化的树皮以气体活化可得到廉价的活性炭,这种活性炭可用来作为造纸废水的脱色剂。用椰树皮纤维为原料,通过化学法可以得到一种活性炭,能有效除去工业废水中的有毒废金属。甘蔗渣作为制糖厂的废弃物,回收利用可用来制造价格低廉具有特定性能的活性炭,用于污水处理和颜料吸附。

植物类原料(木材)

(2)矿物类原料

1、煤炭类

目前用于制备活性炭的煤种主要是某些烟煤、优质无烟煤、褐煤等。无烟煤内部含有分子大小的孔隙,是制备微孔炭的合适原料,且其产品还具备分子筛特性,利用难转化无烟煤资源获得高回收率的活性炭日益受到重视。我国有丰富的煤炭资源,成为煤质活性炭的生产大国,常用的是无烟煤和不黏煤、弱黏煤,生产的活性炭品质不高,品种单一,因此以煤为主要原料用常规生产方法得到高比表面积、高吸附量的活性炭成为具有很大意义的课题。

矿物类原料(煤炭类)

另外,在煤炭开采和浮选过程中,常伴随大量低品质成分,如劣质煤、煤矸石等。利用这些废弃物中的宝贵碳资源制成活性炭将有可能进一步降低成本,获得在环保和化工生产中大量需求的高效吸附剂和催化剂,如利用碳和硅、铝成分共存的特点制备硅胶复合吸附剂。Deng报道了从煤矸石出发,用碱熔活化结合强酸处理制备了一种复合吸附剂,它以硅胶为骨架,活性炭均匀分散在硅胶骨架中。此外煤泥炭、煤沥青也是制备活性炭的原料,最近关于这方面的研究也很多。

2、石油类

石油原料是指石油炼制过程中含碳产品及废料,如石油沥青、石油焦、石油油渣等。特别值得关注的是石油焦作为石油加工副产物量大价低,且含碳量高达80%以上,挥发分一般在10%左右,杂质含量低,能制得高收率、低杂质、高比表面积的活性炭。目前美国、日本拥有利用石油焦制备比表面积超过3000m2/g的超级活性炭的专利技术,并实现了产业化。国内学者也作了类似的研究,吴明铂等人用大庆石油焦为原料以NaOH为活化剂制得高性能活性炭;宋燕等人利用盘锦石油焦以KOH为活化剂,制备比表面积为3730m2/g的高比表面积活性炭。但此类活性炭生产成本昂贵,仅限于医药、电子、气体吸附储存等领域。今后要开发适宜工业化应用的石油焦生产的新技术,进一步提高石油焦的附加值,拓宽活性炭的原料来源。

矿物类原料(石油类)

另外催化油浆的有效利用是炼油行业的难题,目前多采用回炼的办法,利用率低且耗能高。油浆中含有大量芳烃,芳构化程度较高,如果利用它来制备活性炭也不失为一种好办法。

(3)塑料类原料

聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃树脂、酚醛树脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等,这些原料可用来制活性炭。20世纪80年代,有人研究了以有机树脂(树脂前驱体如苯乙烯-二乙烯苯共聚物,聚偏二氯乙烯,聚丙烯脂等)为原料合成活性炭,这种活性炭纯度高,机械强度优于普通煤质活性炭,并具有孔径分布可控的优点,广泛用于生物医学领域;粒状酚醛树脂是制造高性能活性炭的好原料,用它生产的活性炭具有独特的微细孔,经表面处理,可用于电池电极材料、净水器、氮气发生装置用炭分子筛等方面。

塑料类原料

(4)其他含碳废弃物

1、废轮胎

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废轮胎的数量,但从经济和环保的角度出发,最好的办法是将这些废轮胎回收利用转化成有用产品。将废轮胎经过炭化、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等人将废轮胎橡胶炭化,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。但是用废轮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;另一个问题是废轮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(废轮胎)

2、除尘灰

除尘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,我国对除尘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。国外对除尘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%的除尘灰分离炭粉,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。

以除尘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(除尘灰)

3、剩余污泥

在利用生物处理过程中产生的剩余污泥,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污泥,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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