化學(xué)活化法就是通過將各種含碳原料與化學(xué)藥品均勻地混合后,一定溫度下,經(jīng)歷炭化、活化、回收化學(xué)藥品、漂洗、烘干等過程制備活性炭。磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸、碳酸鉀、多聚磷酸和磷酸酯等都可作為活化試劑,盡管發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不同,有些對原料有侵蝕、水解或脫水作用,有些起氧化作用,但這些化學(xué)藥品都可對原料的活化有一定的促進(jìn)作用,其中**常用的活化劑為磷酸、氯化鋅和氫氧化鉀?;瘜W(xué)活化法的活化原理還不十分清楚,一般認(rèn)為化學(xué)活化劑具有侵蝕溶解纖維素的作用,并且能夠使原料中的碳?xì)浠衔锼械臍浜脱醴纸饷撾x,以 H2O、CH4等小分子形式逸出,從而產(chǎn)生大量孔隙。此外,化學(xué)活化劑能夠***焦油副產(chǎn)物的形成,避免焦油堵塞熱解過程中生成的細(xì)孔,從而可以提高活性炭的收率。通常為粉狀或粒狀具有很強(qiáng)吸附能力的多孔無定形炭?;轁?jì)區(qū)活性炭設(shè)備
活性炭按制造使用的主要原材料分為四類:煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、合成材料活性炭和其他類活性炭。按制造使用主要原材料及對應(yīng)的產(chǎn)品形狀組合分類分為16種類型。其中,煤質(zhì)活性炭分為:柱狀煤質(zhì)顆?;钚蕴?、 破碎煤質(zhì)顆粒活性炭、粉狀煤質(zhì)顆粒活性炭、球形煤質(zhì)顆?;钚蕴俊D举|(zhì)顆?;钚蕴糠譃椋褐鶢钅举|(zhì)顆粒活性炭、破碎狀木質(zhì)顆粒活性炭、粉狀木質(zhì)顆?;钚蕴俊⑶蛐文举|(zhì)顆?;钚蕴?。合成材料活性炭分為:柱狀合成材料顆粒活性炭、破碎狀合成材料顆?;钚蕴?、粉狀合成材料顆?;钚蕴?、成形活性炭、球形合成材料顆粒活性炭、 布類合成材料活性炭(炭纖維布)、氈類合成材料活性炭(炭纖維氈)。其他類活性炭,指除上述三種類型活性炭外,由其他原材料(如煤瀝青、石油焦等)制備的活性炭,這類活性炭,在產(chǎn)品形狀分類中,暫列了瀝青基微球活性炭。中牟凈化用活性炭生產(chǎn)在400~900℃條件下用空氣、二氧化碳、水蒸氣或三者的混合氣體進(jìn)行氧化活化后獲得。
活性炭是由木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳的原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成,具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團(tuán),特異性吸附能力較強(qiáng)的炭材料的統(tǒng)稱。 [2] 通常為粉狀或粒狀具有很強(qiáng)吸附能力的多孔無定形炭。由固態(tài)碳質(zhì)物(如煤、木料、硬果殼、果核、樹脂等)在隔絕空氣條件下經(jīng)600~900℃高溫炭化,然后在400~900℃條件下用空氣、二氧化碳、水蒸氣或三者的混合氣體進(jìn)行氧化活化后獲得?;钚蕴康暮苛?、比表面積、灰分含量及其水懸浮液的pH值皆隨活化溫度的提高而增大?;罨瘻囟扔撸瑲埩舻膿]發(fā)物質(zhì)揮發(fā)愈完全,微孔結(jié)構(gòu)愈發(fā)達(dá),比表面積和吸附活性愈大。
由于在活性炭制備過程中,傳統(tǒng)的爐膛加熱存在耗工、耗時且物料受熱不均的缺點(diǎn),因此微波的引入可以實(shí)現(xiàn)物料內(nèi)部均勻加熱,同時可方便地快速啟動和停止,耗時比傳統(tǒng)工藝短得多。因此,微波輔助化學(xué)活化可以***縮短生產(chǎn)時間,從而極大地提高生產(chǎn)效率,亦可降低環(huán)境污染。通常的磷酸法、氯化鋅法和氫氧化鉀活化法均可采用微波加熱,而且研究表明微波加熱法亦可得到高性能的活性炭,尤其適用于KOH活化法制備超級電容活性炭。然而微波加熱制備活性炭仍處于實(shí)驗階段,主要原因是設(shè)備投資大,能耗高?;钚蕴渴且环N經(jīng)特殊處理的炭。
各類形狀的活性炭的分類符號,以形狀名稱英文單詞的首字母大寫表示,若形狀名稱首字母重復(fù),在英文單詞首字母后綴一個小寫英文字母,該字母來源于該形狀的英文單詞(輔音優(yōu)先)。對于破碎狀活性炭來講,除木質(zhì)破碎狀活性炭外,煤質(zhì)破碎狀活性炭現(xiàn)有三類,這三類破碎狀煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝不同,質(zhì)量指標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域也有較大差別,為方便廠商和應(yīng)用客戶對破碎狀煤質(zhì)活性炭加以區(qū)別, 標(biāo)準(zhǔn)對破碎狀活性炭的形狀命名分類符號做了如下規(guī)定:破碎狀活性炭的形狀分類符號由G和具體各類破碎狀活性炭的名稱英文單詞的首字母大寫表示在 G 后下腳標(biāo)處,共同表示,如:壓塊破碎活性炭(煤質(zhì))表示為GB [1] 。 形狀命名具體分類見2016年發(fā)布的中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32560-2016 《活性炭分類與命名》。微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),比表面積和吸附活性大。中牟有機(jī)活性炭
表面被侵蝕,產(chǎn)生微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu) (此過程稱為活化)?;轁?jì)區(qū)活性炭設(shè)備
磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團(tuán)為主 ,對堿性物質(zhì)吸附較好;KOH、K2CO3等堿性活化劑制備的活性炭表面以堿性基團(tuán)為主,適合于吸附酸性物質(zhì);而采用CO2、H2O等物理活化方法制備的活性炭表面官能團(tuán)總體呈中性?;钚蕴课绞侵咐没钚蕴康墓腆w表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用,以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的?;钚蕴康奈侥芰εc活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說,顆粒越小,孔隙擴(kuò)散速度越快,活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。吸附能力和吸附速度是衡量吸附過程的主要指標(biāo)。吸附能力的大小是用吸附量來衡量的,吸附速度是指單位時間內(nèi)單位重量的吸附劑所吸附的量。在水處理中,吸附速度決定了吸附劑與污水的接觸時間?;轁?jì)區(qū)活性炭設(shè)備
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