活性炭再生原理簡述
活性炭的吸附過程就是活性炭與吸附質(zhì)之間的相互作用而形成一定的吸附平衡關(guān)系，而活性炭的再生就是采取各種辦法破壞原有平衡條件，從而使吸附質(zhì)從活性炭中離去。主要方式有:①改變吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，降低吸附質(zhì)與活性炭表面的親和力;②用對吸附質(zhì)親和力更強的溶劑萃取;③用對活性炭親和力強于吸附質(zhì)且相對更易脫除的物質(zhì)將吸附質(zhì)置換出來，然后將置換物質(zhì)脫附，從而使活性炭再生;④用外部加熱、升高溫度的辦法改變平衡條件使吸附質(zhì)脫除;⑤降低溶劑中溶質(zhì)濃度(或壓力)使吸附質(zhì)脫附;⑥使吸附物(有機物)分解或氧化而除去。針對可逆氣相吸附，通常采用的方法是通入120℃以上的加熱蒸氣使吸附
物理法生產(chǎn)活性炭過程中應(yīng)注意的問題
前文已提到根據(jù)杜比寧的觀點，當(dāng)氣化損失率小于50%的時候?qū)⒌玫揭晕⒖诪橹鞯幕钚蕴?氣化損失率大于75%時則得到以大孔為主的活性炭;氣化損失率介于二者之間時則得到的活性炭兼具微孔和大孔結(jié)構(gòu)。一般氣體活化法得率為20%~30%，因此原料總利用率只有10%左右，其余部分已隨活化反應(yīng)尾氣逸出。因此在產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡可能提高原料利用率是獲得大經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。有研究表明在原料炭化還有活化過程中加入一些化學(xué)試劑均可提高反應(yīng)得率，例如，木材炭化過程中加入一定量的磷酸可以使得率由39%提升至45%，纖維素炭化過程中加入一定量的磷酸鹽亦可大幅提高炭化得率。
此外在氣體活化法中，所產(chǎn)生的尾氣中含有CO、Hz等高熱值氣體，并且尾氣溫度也很高。充分利用尾氣的熱量和其中的可燃?xì)怏w也是降低成本、實現(xiàn)節(jié)能減排、增加經(jīng)濟效益的有效途徑。
通過控制溫度來控制活性炭產(chǎn)品的孔隙分布，從而制備具有不同用途的活性炭產(chǎn)品。一般而言，水蒸氣活化法的活化溫度控制在800~950℃.煙道氣活化的溫度控制在900~950℃，空氣活化的溫度控制在600℃左右。此外，對于不同的原料，活化溫度的影響也有區(qū)別。例如有研究發(fā)現(xiàn)，以泥發(fā)為原料生產(chǎn)活性炭時，較高的活化溫度(1040℃)反而有利于提高微孔含量，低溫卻有利于中大孔的形成[28]。因此在生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)原料、所制備活性炭的用途以及所采用的活化劑來確定活化溫度。
.活化時間
在活化條件下，氣體活化按照造孔一擴孔步驟進(jìn)行，即先開始在炭化料肉部形成大量的微孔，相鄰碳微晶之間原本閉塞的微孔也被打開，從而使活性發(fā)比表面積增大，吸附能力增強，而隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，碳微晶層面上的碳開始被消耗，使微孔變大、塌陷，直到相鄰微孔之間的孔壁被完全燒蝕形成中大孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致活性炭比表面積降低。由于反應(yīng)速率隨溫度變化而變化，不同原料的活化難易程度也不一樣，因此若活化溫度較低或者原料活化反應(yīng)性較差時，活化時間應(yīng)適當(dāng)延長，反之亦然。
例如以煤為原料，水蒸氣為活化氣體，活化溫度為900℃，水蒸氣流量為
1.2kg/(kg.h)，實驗結(jié)果表明活化時間在2~5h范圍內(nèi)所得到的活性炭碘吸
混合氣體活化法
在活性炭的實際生產(chǎn)過程中常使用的活化氣體是以CO2、HO和O,為主要成分的煙道氣。H:O與碳的吸熱反應(yīng)可有效防止碳與O:反應(yīng)時溫度急膜升高而產(chǎn)生局部過熱的現(xiàn)象，反過來碳與0:的反應(yīng)又可以維持活化溫度，因此只要混合氣體里各成分比例合適，便可以有效地穩(wěn)定活化溫度，使活化反應(yīng)均勻進(jìn)行。此外也有觀點認(rèn)為原料中含有不同的活化位點，這些活化位點對于不同的活化氣體的反應(yīng)活性也不一樣，有的更易與水蒸氣反應(yīng)，有的更易與 CO:反應(yīng)，因此采用混合氣體更有利于制備活性炭。但值得注意的是有研究表明原料中若鉀含量較高則會在含氧的混合氣體中發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)而不是活化，這是因為包括鉀在內(nèi)的一些金屬化合物對于氣體活化有催化加速作用。
超臨界活化法
超臨界水是指氣壓和溫度達(dá)到一定值時，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時的水。此時液態(tài)水和氣態(tài)水沒有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。超臨界水具有很強的反應(yīng)活性和廣泛的融合能力。西班牙學(xué)者Salvador等用超臨界狀態(tài)水(T。374℃，p.=22.1MPa)取代水蒸氣對木炭、煤、果殼等原料進(jìn)行了活化處理，發(fā)現(xiàn)超臨界水的活化效果優(yōu)于水蒸氣，例如反應(yīng)速率提升，活化更均勻[4)。然而超臨界水與碳反應(yīng)的動力學(xué)、反應(yīng)選擇性及造孔機理等到目前為止均未有深入的研究，蔡瓊等以酚醛樹脂為原料，對比了超臨界水和水蒸氣活化效果，實驗結(jié)果表明超臨界水活化利于中孔的大量形成，而水蒸氣則利于微
物理法制備技術(shù)與裝置
活性炭物理法機理簡介
物理法通常指氣體活化法，是以水蒸氣、煙道氣(水蒸氣、CO2、N?等的混合氣)、CO:或空氣等作為活化氣體，在800~1000℃的高溫下與已經(jīng)過炭化的原材料接觸進(jìn)行活化的過程。在這個過程中，具有氧化性的活化氣體在高溫下侵蝕炭化料的表面，使炭化料中原有閉塞的孔隙重新開放并進(jìn)一步擴大，某些結(jié)構(gòu)因選擇性氧化而產(chǎn)生新的孔隙，同時焦油和未炭化物等也被除去，終得到活性炭產(chǎn)品。由于物理法通常采用氣體作為活化劑，工藝流程相對簡單，產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對環(huán)境污染小，而且終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，應(yīng)用范圍廣，因此在活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。下面對物理活化法的機理、工藝流程、裝置設(shè)備及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行具體闡述。
一、原料炭化
物理法制備活性炭需要先將原料在400~600℃下進(jìn)行炭化處理，使原料中碳元素以外的主要元素(氫、氧等)以氣體形式脫除，通過CO:、CO 的形式也可使一部分碳元素釋放出去，殘留的碳元素則多數(shù)以類似石墨的碳微晶形態(tài)存在。然而和石墨晶體不同的是，這些碳微晶的排列是雜亂無章的，因此形成了具有活性炭原始形態(tài)的結(jié)構(gòu)。但是僅僅經(jīng)過炭化處理，碳微晶的周圍以及碳微晶之間的縫隙仍被熱解所產(chǎn)生的焦油或者無定形碳堵塞，因此需要進(jìn)一步活化處理，除去這些堵塞孔隙的物質(zhì)才能得到具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。
二、氣體活化法過程簡述
在炭化的中間產(chǎn)物進(jìn)行活化期間，是基本碳微晶以外的無定形碳
活性炭活化溫度的影響
活化溫度是指活性炭活化時活化料的高溫度，是活性炭孔性能的重要影響因素之一。采用氯化鋅法活化橡子殼制備活性炭發(fā)現(xiàn)，在活化溫度分別為300℃、400℃、500℃和600℃時，得到活性炭的比表面積分別為98㎡801m2/g、988m2/g和1289m2/g。Sayg山等[34]采用葡萄工業(yè)加工剩余物為原料，以氯化鋅活化法制備了活性炭，研究表明活化溫度由400℃升到600元比表面積SBET、總孔隙體積Vr、中間層次的孔隙體積Vmes、平均孔徑D,別由819.40m2/g增加至1455m/g，0.556cm3/g增加至2.318cm/g.74.645增加至94.61%，2.71nm增加至6.81nm，但微孔容積Vme由25.36%降低至
5.39%。由以上分析可知，氯化鋅法活性炭制備的較佳溫度為600℃，過高的話化溫度會導(dǎo)致已經(jīng)生成的孔塌陷，且氯化鋅的揮發(fā)量也會增加，不僅造成活就劑的浪費，生成成本提高，還導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。
活化時間的影響
活化時間是指一定的活化溫度下的保溫時間，是活性炭質(zhì)量的重要影響素之一。Saygh等[35]采用番茄工業(yè)加工剩余物為原料，以氯化鋅活化法制備了活性炭，研究表明活化時間由0.5h升到1h，SBET、VT、V、D,分融522m2/g增加至1093m2/g，0.662cm/g增加至1.569cm/g.71%增加至92%，5.02nm 增加至5.92nm，但隨著活化時間的延長，由于已生成孔
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產(chǎn)品名：活性炭
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