活性炭是具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積大,選擇性吸附能力強的碳材料。在一定的條件下,對液體或氣體中的某一或某些物質(zhì)進行吸附脫除、凈化、精制或回收,實現(xiàn)產(chǎn)品的精制和環(huán)境的凈化。Rapheal von Ostrejko 于1900年申請了英國專利B.P.14224和B.P,18040,研究開發(fā)了CO:或者水蒸氣活化反應生產(chǎn)具有吸附能力的活性炭,并且成功應用于防毒面具中。1911年,奧地利的Fanto公司和荷蘭Norit公司生產(chǎn)糖液脫色用粉狀活性炭,時至今日,活性炭已廣泛應用于軍工、化工、食品、輕工、醫(yī)藥、制藥、環(huán)保和水處理等工業(yè)和生活的各個方面。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高,活性炭已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)、生態(tài)環(huán)境和人們生活中不可或缺的炭質(zhì)吸附材料
活性炭主要是以木炭、木屑、各種果殼(椰子殼、杏殼、核桃殼等)、煤炭和石油焦等高含碳物質(zhì)為原料,經(jīng)炭化活化而制得的多孔性吸附劑?;钚蕴炕旧鲜欠墙Y(jié)晶性物質(zhì),它由微細的石墨狀結(jié)晶和將它們聯(lián)系在一起的碳氫化合物部分構(gòu)成。其固體部分之間的間隙形成孔隙,賦予活性炭所特有的吸附性能[]活性炭的主要特征和用途
一、物理結(jié)構(gòu)與分類
物理結(jié)構(gòu)
活性炭的基本晶體結(jié)構(gòu)活性炭是以碳為主要成分的吸附材料、結(jié)構(gòu)復雜,既不像石墨,金剛石那樣具有碳原子按一定規(guī)律排列的分子結(jié)構(gòu),又不像一般炭化物那樣具有復雜的大分子結(jié)構(gòu),一般認為活性炭是由類似石墨的碳。
間歇法的平板爐和連續(xù)法的回轉(zhuǎn)爐是生產(chǎn)氯化鋅法粉狀活性炭的主體設備、平板爐法具有設備簡單、投資少、上馬快等優(yōu)點,是國內(nèi)早期氯化鋅法活性炭的主體設備。但此法存在手工操作多、勞動強度大、環(huán)境污染嚴重等問題,導致了此法目前已被淘汰?;剞D(zhuǎn)爐法具有生產(chǎn)能力大、機械化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定等優(yōu)點,是目前國內(nèi)外氯化鋅法活性炭的主體設備,工藝難點在于尾氣處理和氯化鋅回收方面,國內(nèi)尚未有成熟的工藝,日本已實現(xiàn)環(huán)保排放達標生產(chǎn)。
1.工藝流程
連續(xù)法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程,一般由木屑篩選和干燥、氯化鋅溶液配制、配料(或浸漬)、炭活化、回收、漂洗(包括酸處理和水洗)、脫水、干燥與磨粉等工序組成。另外附設的廢氣處理系統(tǒng),以回收煙氣中的氯化鋅和鹽酸,減少對環(huán)境的污染。常用的生產(chǎn)工藝流程見圖2-6 和圖2-7.
2工藝操作
(1)木屑的篩選與干燥為了產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝操作穩(wěn)定,并降低超細顆粒在后續(xù)回收工段過濾流失導致的活化劑的浪費,用振動篩或滾筒篩對木屑進行初步篩選,選取0.425~3.35mm的木屑顆粒,除去雜物(如板皮、鐵展、泥砂、石塊等),以免造成堵塞,增加回收、漂洗工序中的負荷、影響產(chǎn)品質(zhì)量。
篩選后的木屑含水率一般在45%~60%,此時水分過高會影響配料工序段化學活化劑的滲透,因此需要進一步干燥控制工藝需要的水分含量。北方由于氣候干燥,雨水少,一些中小工廠常利用自然風干方法干燥木屑,木屑進行機械于燥時,一般在氣流式干燥器中或回轉(zhuǎn)干燥器中進行干燥。
1.活性炭原料的影響
(1)木屑樹種的影響 實驗證明,活性炭的吸附性能與木屑樹種有密切的關系,多數(shù)情況下,認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)硬的木屑會影響氯化鋅溶液的滲透速度。但通過選擇適當?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炭活化過程沒有直接影響,但會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間。對連續(xù)浸漬或混合過程尤為重要。含水率高(在纖維飽和點以上)的木屑不僅會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,當木屑含水率超過30%時,浸漬時間要求在8h以上,當木屑含水率在纖維飽和點以下時,氯化鋅溶液的滲透速度要快一些。木屑含水率在15%以下時,混合時間短(15min)。木屑含水率還影響其對氯化鋅溶液的吸收量。例如,生產(chǎn)顆粒活性炭,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%。當生產(chǎn)糖用活性炭時,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。
活性炭生產(chǎn)方法有幾種?
答:3種,物理法、化學法、物理化學法。