物理法制備技術(shù)與裝置
隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低，活化時(shí)間為3h時(shí)可得到具有大碘吸附容量的活性炭產(chǎn)品，
活化氣體流量
活化氣體流量增加則反應(yīng)速率增加，但當(dāng)活化劑流速達(dá)到一定值后，反應(yīng)速率將為一常數(shù)而不再增加，當(dāng)流速較低時(shí)，所制得的活性炭微孔容積大，而流速高時(shí)微孔容積反而減小，這是由于高流速使炭的外表面燒蝕產(chǎn)生不均勻活化，從而使微孔容積降低，Manochs等在以松木為原料制備活性炭的過程中發(fā)現(xiàn)水蒸氣流量這一因素對(duì)活性炭表面化學(xué)性質(zhì)和形貌有十分重要的影響，可以通過控制水蒸氣的流量控制孔徑和微孔率[10)。
原料中灰分含量
據(jù)研究表明，堿金屬、鐵、銅等氧化物和碳酸鹽在水蒸氣活化過程中可起到催化作用，因此在活化物料中加入少許此類物質(zhì)可以加快活化反應(yīng)速率。例如國(guó)內(nèi)有專利采用Ca為催化劑，使水蒸氣與碳反應(yīng)的活化能由185kJ/mol下降到164~169kJ/mol，所得活性炭孔徑分布集中于5~10nm，表3-4為幾種無機(jī)鹽在1000℃下對(duì)水蒸氣與石墨反應(yīng)速率的影響[12]。
表3-4 無機(jī)鹽對(duì)水蒸氣與石墨反應(yīng)速率的影響
處理?xiàng)l件 灰分 相對(duì)氣化速度
無 0.005 1
0.1mol/L Ni( NOs ) 2
0.1molL Fe ( NO3 )2
0.1mol/L Co(NOa):
0.14
0.14
0.14321827
0.02moI/LNHaNO3 Q03 22
注，水蒸氣流量為0.52X10-mol/s,
另據(jù)Holmes和Emmett的研究表明，原料中所含的無機(jī)雜質(zhì)在活化過程中常促進(jìn)孔隙由小變大，而且在0.7~1.0的相對(duì)壓力范圍內(nèi)吸附等溫線的斜率有所增加，說明中大孔的比率增加了3)，這與前文提到的金屬在活化過程中的催化作用相吻合。
原料炭化溫度
炭化料的活化反應(yīng)活性與其揮發(fā)分的含量密切相關(guān)，而揮發(fā)分的含量又由炭化溫度決定。圖3-1給出了炭化溫度對(duì)碳與CO?的反應(yīng)活性，可以看出當(dāng)炭化溫度為600℃左右時(shí)所得到的炭化料顯示出高的反應(yīng)活性、若炭化溫度進(jìn)一步升高則反應(yīng)活性明顯下降。此外還有研究發(fā)現(xiàn)碳材料隨著加工溫度的升高，基本微品有增大的趨勢(shì)，生產(chǎn)實(shí)踐也表明炭化溫度升高則活化過程所需的溫度也相應(yīng)提高，但石油焦是例外，因?yàn)樵谳^高溫度下石油焦容易發(fā)生石墨化轉(zhuǎn)變，形成大面積的石墨晶體結(jié)構(gòu)，難以形成豐富的孔除結(jié)構(gòu)，因此用普通氣體活化法很難得到吸附性能優(yōu)良的活性炭產(chǎn)品，Bouchelta等以棗核為原料制

為提高產(chǎn)品得率、降低生產(chǎn)過程中的能源消耗并同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所活性炭研究室開發(fā)出了原料熱解自活化的新工藝，該工藝的基本原理是在密閉反應(yīng)容器中，原料在高溫下熱解產(chǎn)生出大量氣體、這些氣體即可作為活化反應(yīng)的氣體、同時(shí)由于體系的壓力增高，椰殼觸織細(xì)胞內(nèi)的氣體強(qiáng)制逸出時(shí)、會(huì)對(duì)椰殼組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定沖擊，這種沖擊作用可以改善椰殼組織結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)高溫自活化時(shí)活性炭微孔的形成與發(fā)展。
該工藝與傳統(tǒng)工藝制備的活性炭性能比較如表3-1所示。
表31新工藝與通常的活化工藝比較
新鼎方法 工藝過程 活化時(shí)間h 能耗 活化劑消耗 氣、液相污染
化工藝 熱馨自話 活性炭 椰夾一熱解一 工藝簡(jiǎn)便 4 低 無活化劑 無氣、液污染
物理法工藝活化一活性炭椰殼一炭化一工藝復(fù)雜8消耗大量水蒸氣、煙道氣等氣體活化劑粉塵污染
曝殼一炭化一 消耗數(shù)信的
化學(xué)法工藝粉種一與活化劑混合一活化一工藝復(fù)雜6低鋅、氫氧化鉀磷酸、氯化氣、液橙污染大
洗滌一活性炭
劉雪梅等以椰殼為原料、采用熱解活化法于900℃下密閉處理4h后制備了活性炭，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所制的活性炭比表面積為994m2/g，微孔容積為
0.43cm’/g、微孔率達(dá)到85%、平均孔徑為2nm，該活性炭碘吸附值為1295mg/g、亞甲基藍(lán)吸附值為135mg/g、亦說明其孔徑分布以微孔為主之后劉雪梅等又進(jìn)一步延長(zhǎng)活化時(shí)間至8h、雖然得率降為9.4%，但活性炭比表面積達(dá)到1723m/g、微孔容積為0.68cm/g、碘吸附值與亞甲基藍(lán)吸附值分別達(dá)到了1628mg/g和375mg/g、均優(yōu)于市售凈水用活性炭，作者認(rèn)為反應(yīng)機(jī)理是在密閉空間中、物料發(fā)生熱解反應(yīng)生成大量的CO、H.O.H、

1活性炭原料的影響
(1)木屑樹種的影響 實(shí)驗(yàn)證明，活性炭的吸附性能與木屑樹種有密切的關(guān)系，多數(shù)情況下，認(rèn)為杉木屑較松木屑好，松木屑較硬雜木屑好，軟雜木屑較硬雜木屑好，材質(zhì)硬的木屑會(huì)影響氯化鋅溶液的滲透速度。但通過選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)條件，采用混合木屑作原料，也可以克服由原料所引起的不利影響，生產(chǎn)出合格的活性炭。
(2)木屑含水率的影響木屑含水率對(duì)炭活化過程沒有直接影響，但會(huì)影響氯化鋅溶液的滲透速度，因而影響氯化鋅溶液浸漬的時(shí)間。對(duì)連續(xù)浸漬或混合過程尤為重要。含水率高(在纖維飽和點(diǎn)以上)的木屑不僅會(huì)降低氯化鋅溶液的滲透速度，而且要降低氯化鋅溶液濃度，從而影響炭活化效果。因此，當(dāng)木屑含水率超過30%時(shí)，浸漬時(shí)間要求在8h以上，當(dāng)木屑含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，氯化鋅溶液的滲透速度要快一些。木屑含水率在15%以下時(shí)，混合時(shí)間短(15min)。木屑含水率還影響其對(duì)氯化鋅溶液的吸收量。例如，生產(chǎn)顆?；钚蕴?，吸收一定數(shù)量的濃度較低的氯化鋅溶液，因此要求木屑含水率不超過 5%。當(dāng)生產(chǎn)糖用活性炭時(shí)，吸收足夠數(shù)量的高濃度的氯化鋅溶液，如果木屑含水率過高，就會(huì)降低氯化鋅溶液的濃度，從而影響鋅屑比，終影響活性炭的孔徑分布。