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活性炭的制备方法有哪些?

作者:柱状活性炭 日期:2018-08-15 9:46:47 人气:

活性炭的制备方法有哪些

活性炭的制备方法主要有:化学活化法,物理活化法和物理化学活化法。活性炭具有优良的吸附性能,在工业上有着广泛的应用。

活性炭的制备原料

目前国内外普遍使用的活性炭原料(所有制备活性炭的原料都是含碳物质)分为五大类。植物原料类,如核桃壳、木炭、椰子壳、糠醛渣、竹子、树皮、果核、稻壳、油棕壳、木屑及纸浆废液等;煤炭原料类,例如无烟煤、弱粘煤、褐煤及泥煤等;石油原料类,例如石油沥青、石油焦、石油油渣等;塑料类,例如聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、脲醛树脂、聚四氟乙烯等等;其它类,比如动物骨头、动物血液、蔗糖、糖蜜、旧的轮胎等。

活性炭的制备方法

(1)化学活化法制备活性炭

化学活化法是先在原料中加入一定比例的化学药品,再进行活化和炭化,同时将其放入惰性气体介质中加热最后回收加入的化学药剂。在进行活化时,如果使用化学药剂侵蚀含碳材料,并使其中的氧和氢等元素以CH4、H2O等小分子的形式逸出,尽量减少副产品焦油形成,可提高活性炭收率。活化过程中使用的化学药剂主要有H2SO4、KOH、K2S、ZnCl2、H3PO4、NaOH等。一般来说化学炭的孔隙中微孔、中孔发达。

利用KOH活化制备高比表面积活性炭是目前文献报导最多的化学活化法,其制备工艺如图1所示。

图1 KOH活化法工艺流程图

KOH与碳材料的活化反应过程较为复杂,一般认为,炭材料与KOH的主要反应方程式为:KOH+C→K2CO3+H2O+H2;同时考虑到碳具有还原性、KOH遇高温会分解、再结合金属盐是蒸汽活化催化剂的研究结果,就能推知如下反应会在在活化反应过程中发生:

KOH→K2O+H2O;

C+H2O→CO+H2

CO+H2O→CO2+H2

K2O+H2→K+H2O;

K2O+C→K+CO。

目前在工业生产中得到广泛使用的是氯化锌活化法这是一种比较成熟的活化方法。在200℃至600℃之间氯化锌对木质素起作,其中从200℃至350℃之间氯化锌的浸渍,会促进了木质素中易挥发物汽化脱氢;在350℃至450℃之间氯化锌的脱氢作用会抑制焦油的产生,从而使木质纤维素芳构化;当温度由450℃上升到600℃时,氯化锌已经汽化,氯化锌分子会浸渍到碳的内部起骨架作用,碳的高聚物炭化后就会沉积到骨架上,当用热水洗和酸去氯化锌后炭就成了拥有巨大表面的多孔结构活性炭。氯化锌活化制作的活性炭最适宜的活化温度为550℃至600℃,主要是微孔结构。

磷酸当作活化剂时在活化过程中有酸催化和脱水双重作用,当磷酸进入原料的内部时,会同原料的无机物生成磷酸盐,会使得原料膨胀,増大碳微晶的距离。同时,磷酸能进一步缓解已经形成碳的氧化作用,减缓侵蚀炭体而造孔。

(2)物理活化法制备活性炭

物理活化法是将原料炭化后,用空气、二氧化碳、水蒸汽、烟道气在600℃至1200℃高温下进行活化处理,活化气体和阻塞在闭孔中的游离无规则炭以及杂原子反应会使闭孔打开,扩大比表面积,增强活性,其工艺流程如图2所示。

图2 物理活化法工艺流程图

物理活化法相对于化学活化法,工艺简单,成本较低,对设备材质要求不高,对环境无污染,但工艺时间长,能耗高。

(3)物理化学活化法

物理化学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。

活性炭制备方法的发展趋势

活性炭的原料很广泛,而且不同自然条件、地理环境的下,同一材质的原料有时候成分差异很大。如果总是用同样的制备方法,那么会降低活性炭的质量以及限制材料的最大利用率。因此未来活性炭的制备应该在传统的制备基础上发展的更具有新颖性、多样化、针对性。另外传统活性炭多数应用在废气、废水的处理方面。目前随着高比表面积超级活性炭的逐步普及,人们开始尝试用活性炭来吸附储存氢气、甲烷,从而提高能源的利用率还有人研究把它用在人体上。虽然近几年国内有许多科研人员在开展这方面的研究,但大多数研究都处在初始阶段,仍有待于进一步深入研究。

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