活性炭制备技术研究进展
2018-01-29 16:56:52   来源:

1 原料预处理

木质、煤质等天然产物作为活性炭生产原料都含有杂质,如 Si、 Ca、 Mg、 Al、 K 等,这些成分对活性炭微孔的形成有较大的影响。 活性炭的原料预处理包括脱灰和预氧化。原料脱灰预处理能显著的提高活性炭的吸附性能。以煤质原料为例,经脱灰处理后可获得 1 %灰分的精煤,可制备出微孔丰富的物理法活性炭,但成本较高。原材料预氧化处理,不仅能够提高活性吸附性能还可以提高其产率。通过原料预氧化,可以降低活化温度从而缩短活化的时间,还可以增加原料表面活性,更有利于活化作用的进行。原料的预氧化处理有干法和湿法。干法是用氧气、空气等气体作为氧化剂,而湿法则用硝酸、硫酸等作为氧化剂。

2 连续化、无公害化制造技术

活性炭的制造技术是研究的重点之一,也是关系到活性炭发展的一个重要方面。连续化、自动化、低消耗、无公害化的活性炭生产技术是必然的发展趋势,发达国家已经完成了该制造体系研发和应用。如:美国的维斯特维克公司、卡尔岗公司以及荷兰的诺力特公司,年产活性炭万吨以上,机械化程度高,员工仅有 100 余人,厂区内环境清洁。通过对制造新工艺与活性炭孔径结构和表面性质研究,使得活性炭品种实现了专用化和多样化。

3 活化剂低消耗制造工艺

传统化学法活性炭制造工艺,活化剂的消耗量大,回收率很低,容易产生对环境造成污染的废水和废气。随着技术、工艺的发展,日本采用回转炉两段法进行氯化锌法活性炭的生产,该技术活化温度低,氯化锌消耗量极少。美国磷酸法活性炭生产技术,酸耗控制在 15 %(每吨活性炭的酸耗)以下,这样不仅极大的降低了成本,而且保护环境,实现了活性炭的清洁生产。

4 使用催化活化剂

通过添加催化剂进行物理法活性炭制备时,可成几何倍数的提高其反应速率,降低活化温度,并且孔径分布集中。国内专利称,采用钙催化制备物理法活性炭,使反应活化能降低 11 %左右,孔径分布集中于 5~10 nm。日本某专利,以过渡金属或其化合物如 Fe(OH)3、 FeBr3、 Fe (NO3)3 作为催化剂,在减少反应时间的同时得到比表面积 2 500~3 000 m2 /g 的高比表面积活性炭。但是,反应速度过快,可能会烧穿孔壁破坏活性炭的微孔结构。

5 使用模板

在以无机物构筑的模板内引入有机物进行炭化,之后采用强酸溶解掉模板之后可以得到空间结构与无机物模板相类似的炭材料。该方法,可以通过改变模板来控制活性炭材料的孔径分布,从而提高活性炭的吸附性能。但是,该技术方法制备工艺比较复杂,成本高。美国和日本开展了相关方面的研究,采用硅凝胶比(表面积 470 m2/g,孔径 4.7nm)为模板,制得比表面积达到 1 100~2 000 m2/g、孔径集中于 2 nm 的活性炭。

6 物理-化学活化制得超性能活性炭

所谓物理-化学活化法是指将物理法活化与化学法活化结合起来的一种活化方法,该方法通常将经过化学法活化的炭进一步用气体进行活化,进而制得活性炭材料,也可以先进行物理法活性炭, 在以化学药剂活化制得中孔结构发达的活性炭。 国外采用 H3PO4于 85 ℃ 下浸泡原料 2 h,之后在 450 ℃ 下炭化 4 h,然后采用 CO2 在 825 ℃ 下进行气化,制得了比表面积达 3 700 m2/g 的超级大比表面积活性炭。

 

 

特殊碳材料