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活性炭不同制造方法
文章來(lái)源:handler 時(shí)間:2020-12-14 07-31-24

活性炭是一種黑色粉狀,粒狀或丸狀的無(wú)定形具有多孔的碳,主要成分為碳,還含少量氧、氫、硫、氮、氯。也具有石墨那樣的精細結構,只是晶粒較小,層層間不規則堆積。具有較大的表面積(500~1000米2/克),有很強的吸附性能,能在它的表面上吸附氣體、液體或膠態(tài)固體;對于氣體、液體,吸附物質(zhì)的質(zhì)量可接近于活性炭本身的質(zhì)量。其吸附作用具有選擇性,非極性物質(zhì)比極性物質(zhì)更易于吸附。在同一系列物質(zhì)中,沸點(diǎn)越高的物質(zhì)越容易被吸附,壓強越大溫度越低濃度越大,吸附量越大。反之,減壓,升溫有利于氣體的解吸。常用于氣體的吸附、分離和提純,溶劑的回收,糖液、油脂、甘油、藥物的脫色劑,飲用水及冰箱的除臭劑,防毒面具中的濾毒劑,還可用作催化劑或金屬鹽催化劑的載體。早期生產(chǎn)活性炭的原料為木材、硬果殼或獸骨,后來(lái)主要采用煤,經(jīng)干餾、活化處理后得到活性碳生產(chǎn)方法有:

不同制造方法的活性炭分類(lèi)

種類(lèi)

造孔活化劑

化學(xué)藥品活化法活性炭

氯化鋅、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉等化學(xué)藥品

強堿活化法活性炭

氫氧化鉀、氫氧化鈉等

氣體活化法活性炭

水蒸氣、二氧化碳、煙道氣和空氣等

水蒸氣活化法活性炭

水蒸氣

物理化學(xué)法

化學(xué)藥品與氣體先后或者同時(shí)組合使用

詳解活性炭制造方法
1.1 原料
幾乎所有含碳材料都可用來(lái)征稅活性炭,例如木材、鋸屑、泥炭、稻草等含纖維素材料通常僅以化學(xué)品活化法處理。有使用稻草和玉米稈的蹭試驗,也有以豆渣為原料用碳酸鉀的活化制成活性炭。
雖然通常在氣體活化法中先要把原料炭化,但是國外公司有用泥炭直接氣體活化,而不以蹭的炭化的報道。
很適用于氣體活化法的原料是木炭、堅果殼炭、褐煤或泥炭制得的焦炭。
1.2 活化
制造活性炭的關(guān)鍵工藝是活化。由于所用活化劑的不同,可分為兩類(lèi)方法:
(1) 用氯化鋅或磷酸等化學(xué)品為活化劑的化學(xué)品活化法;
(2) 用水蒸氣或二氧化碳等為活化劑的氣體活化法。
前者稱(chēng)為化學(xué)活化法,后者稱(chēng)為物理活化法。其實(shí)兩類(lèi)活化過(guò)程都各自民生質(zhì)的變化,都是化學(xué)變化的過(guò)程。
1.2.2化學(xué)品活化法
(一)  氯化鋅活化法
以化學(xué)品氯化鋅為活化劑。
將0.1-0.5份氯化鋅濃溶液和1份泥炭或鋸屑混合,在轉爐中干燥,加熱到600-700℃,成品以酸洗和水洗回收鋅鹽。有時(shí)化學(xué)品活化后繼續進(jìn)行水蒸氣活化,藉以增加大量的細孔。
氯化鋅活化的活性炭具有較多大也。雖然這是有效和簡(jiǎn)單的方法,但因鋅化合物化合物的環(huán)境污染而漸衰。
(二)  磷酸活化法
以化學(xué)品磷酸為活化劑。
炭化的或未炭化的含碳物作起始原料。例如將研細的鋸屑和磷酸混成漿狀,在轉爐中干燥,加熱到100-600℃。萃取回收磷酸,有時(shí)中和后回收磷酸鹽。干燥得活性炭,一般較氯化鋅法的活性炭具有更細的細孔。
也可采用磷酸和水蒸氣聯(lián)合活化法。近年磷酸活化法趨向廣泛應用,磷酸回收等革新未見(jiàn)發(fā)表。
(三)  氫氧化鉀活化法
以化學(xué)品氫氧化鉀為活化劑。
將含碳原料以熔融的無(wú)水氫氧化鉀處理,激烈的反應產(chǎn)生非常高的多孔性,比表面積可高達3000m2/g。
(四)  其他化學(xué)品活化法
硫酸、硫化鉀、氯化鋁、氯化銨、硼酸鹽、硼酸、氯化鈣、氫氧化鈣、氯氣、氯化氫、鐵鹽、鎳鹽、硝酸、亞硝氣、三氧化二磷、金屬鉀、高錳酸鉀、金屬鈉、氧化鈉和二氧化硫均可用于活化。
1.2.2氣體活化法
以水蒸氣、二氧化碳或兩者混合氣體為活化劑,將含碳物料和氣體在轉爐或者沸騰爐內,在800-1000℃高溫下進(jìn)行碳的氧化反應,制成細孔結構發(fā)達的活性炭。
水蒸氣、二氧化碳和碳的反應是吸熱反應,而氧和碳的反應是很強的放熱反應,因此爐內反應溫度難以控制,尤其要避免局部過(guò)熱,防止不均勻活化更難,故氧或空氣不宜作為活化劑。有時(shí)使用空氣和水蒸氣的混合氣體,用碳的燃燒作為熱源。多數情況下用煙道氣和水蒸氣的混合氣體,由于不可避免地會(huì )混入少量氯氣,造成水蒸氣、二氧化碳和氧氣三種氣體同時(shí)參與活化。
值得注意:在混合氣體中少量的氧會(huì )使活性炭具有很大的孔隙。氧與碳的作用速度百倍于二氧化碳,而且因鉀鹽存在而大增,因此含鉀的原料在含氧的氣體中會(huì )劇烈反應,以致發(fā)生失控的燃燒而不是活化。
各種少量化合物,例如堿金屬和堿土金屬的鹽類(lèi),幾乎全部氯化物、硫酸鹽、醋酸鹽和碳酸鹽,還有大多酸類(lèi)和氫氧化物,在氣體活化中具有催化加速作用。工業(yè)上常用的催化劑是氫氧化鉀和碳酸鉀,用量在0.1%到5%之間。以固態(tài)催化劑和含碳物料混合,或以溶液加入,或成型低溫炭化。
如果煙煤中加堿金屬鹽類(lèi)活化,那么不單用水蒸氣活化,而要用含二氧化碳的混合氣體活化。
1.3活化爐:活化爐的型式很多。國外活性炭制造工廠(chǎng)采用的爐型主要有豎爐、轉爐和流化床爐等。
(1) 豎爐:原由幾個(gè)簡(jiǎn)單垂直的燃燒室構成,室壁砌以耐火磚。后來(lái)改進(jìn)混料,又設法控制爐內氣流的方向、速度和溫度。該爐還可用來(lái)再生回收炭。
(2) 轉爐:是最通用的臥式活化爐。
(3) 流化床爐:又稱(chēng)沸騰床爐,是固體粒子補充流體吹成懸浮狀態(tài),氣固之間傳熱、傳質(zhì)速率快,但粒子磨損大,以前常以間歇法生產(chǎn)粉炭,現已民展成連續生產(chǎn),并能制成而磨的粒炭。
我國目前常用的活化爐主要有:
(1) 斯列普爐:又稱(chēng)鞍式爐,因其活化帶的耐火磚是馬鞍型,原為法國專(zhuān)利,20世紀50年代由原蘇聯(lián)引進(jìn)我國。后經(jīng)一系列改進(jìn),成為我國目前生產(chǎn)顆粒狀活性炭的最主要爐型。
活化氣體:水蒸氣。
主要優(yōu)點(diǎn):連續生產(chǎn)、產(chǎn)量大、質(zhì)量高、過(guò)熱蒸汽溫度高、穩定、不需外部供熱。
主要問(wèn)題:對原料要求高、造價(jià)高、技術(shù)要求高、維修費用大。
(2) 燜燒爐:
活化氣體:燃煤所產(chǎn)生的高溫煙道氣。
主要優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單投資省。
主要問(wèn)題: 耗燃料多、活化不均勻、勞動(dòng)強度大、粉塵大。
(3) 土耙爐:
活化氣體:水蒸氣(空氣)
主要優(yōu)點(diǎn):最簡(jiǎn)易爐型。
主要問(wèn)題:得率低、質(zhì)量不高、原始作坊式、污染環(huán)境。
(1) 多管爐:
活化氣體:水蒸氣
主要優(yōu)點(diǎn):不需燃料、穩定、易控制、產(chǎn)量較大。
主要問(wèn)題:活化不均勻、炭質(zhì)量不高、過(guò)熱蒸汽溫度低、耐火管易損壞、投資較大。
(5) 回轉爐:
活化氣體:煙道氣、水蒸氣
主要優(yōu)點(diǎn):連續操作、活化較均勻、適合生產(chǎn)氣相活性炭。
主要問(wèn)題:設備龐大、熱效率差、耗燃料、成品質(zhì)量較低。
(6) 沸騰爐
活化氣體:空氣、水蒸氣。
主要優(yōu)點(diǎn):氣固接觸好、活化均勻、機械化占地面積小。
主要問(wèn)題:間歇生產(chǎn)、易結渣影響正常操作、耗燃料。
(7) 多層耙式爐
活化氣體:煙道氣、水蒸氣。
主要優(yōu)點(diǎn):國外引進(jìn)大型設備、活化強度大、產(chǎn)量大。適應多種產(chǎn)品。
主要問(wèn)題:投資大、技術(shù)要求高、操作費用較高。
此外,還有多管沸騰爐、外溢流式沸騰爐、旋流噴動(dòng)活化爐、隧道窯活化爐、斜板式活化爐、等。
1.4活性炭后處理
去雜:活化時(shí)加過(guò)催化劑如氯化鋅、磷酸、碳酸鉀的活性炭常用酸洗或用水洗處理,以減少各種化合物含量。
低灰分活性炭可用水、鹽酸或硝酸洗滌,去除一些雜質(zhì)。用于精細化學(xué)品、藥物、催化劑、催化劑載體的活性炭,需要特殊的充分洗滌。
浸漬:活性炭的浸漬是針對特定用途的一種后處理。
(1) 用于防護毒氣的活性炭銅鹽和鉻鹽浸漬。
(2) 用于去氮的活性炭以鋅鹽浸漬。
(3) 用于從含氧氣體中去硫化氫、從廢氣中去汞蒸氣的活性炭以碘化合物處理。
(1) 用于提取核裝置發(fā)生的放射性甲基碘和其他氣體的活性炭也以碘化合物處理。
(5) 用于將硫化氫和甲醛氧化為無(wú)毒物的活性炭以二氧化錳浸漬。高溫下甲醛不氧化到甲酸,而直接生成二氧化碳。
(6) 用于從低氧的氣體混合物中除去二價(jià)化合物的活性炭以鐵鹽浸漬,再加熱轉變?yōu)槿齼r(jià)的氧化鐵。
(7) 用于從天然氣、氫氣和其他氣體中消除汞蒸氣的活性炭以元素硫處理。
(8) 用于飲用水凈化的活性炭以銀鹽浸漬。
(9) 用于各種目的的催化劑的活性炭以貴金屬化合物浸漬。例如涂鈀的活性炭是典型的氫化催化劑。
(10) 用于礦物油中硫醇的氧化的活性炭以酞菁鈷浸漬。 

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