活性炭是由石墨微晶、單一平面網狀碳和無定形碳三部分組成,其中石墨微晶是構成活性炭的主體部分。活性炭的微晶結構不同于石墨的微晶結構,其微晶結構的層間距在0.34~0.35nm之間,間隙大。即使溫度高達2000 ℃以上也難以轉化為石墨,這種微晶結構稱為非石墨微晶,絕大部分活性炭屬于非石墨結構。石墨型結構的微晶排列較有規則,可經處理后轉化為石墨。非石墨狀微晶結構使活性炭具有發達的孔隙結構,其孔隙結構可由孔徑分布表征。活性炭的孔徑分布范圍很寬,從小于1nm到數千nm。有學者提出將活性炭的孔徑分為三類:孔徑小于2nm為微孔,孔徑在2~50nm為中孔,孔徑大于50nm為大孔。特異性吸附能力較強的炭材料的統稱。。河南除異味活性炭模具
磷酸活化法的基本工藝包括木屑篩選、干燥、磷酸溶液配制、混合(或浸漬) 、炭化、活化、回收、漂洗(包括酸處理和水洗)、離心脫水、干燥與磨粉等工序,如生產顆粒活性炭還需增加捏合工藝。另外,附設專門的廢氣凈化系統,回收煙氣中的磷酸和炭粉,減少對環境的污染。磷酸活化法的生產工藝中,要注意在炭化段控制度,讓磷酸充分滲透入木屑,再與活化段協同控制,可以明顯提高活性炭吸附能力,產品質量穩定,同時適當降低活化溫度對降低產品灰分有利。炭活化尾氣采用多段液相回收可以增加磷酸和細炭粉的回收,采用高壓靜電方式也有利于尾氣中焦油的去除。焦作醫藥用水活性炭加工活化的過程是一個微觀過程,大量的分子碳化物表面侵蝕是點狀侵蝕 ,所以造成了活性炭表面具有無數細小孔隙。
產生新的和擴大原有的孔隙,改善微孔結構,增加活性。低溫(400℃)活化的炭稱L-炭,高溫(900℃)活化的炭稱H-炭。H-炭必須在惰性氣氛中冷卻,否則會轉變為L-炭。活性炭的吸附性能與氧化活化時氣體的化學性質及其濃度、活化溫度、活化程度、活性炭中無機物組成及其含量等因素有關,主要取決于活化氣體性質及活化溫度。活性炭的含炭量、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。活化溫度愈高,殘留的揮發物質揮發愈完全,微孔結構愈發達,比表面積和吸附活性愈大。
活性炭中的微孔比表面積占活性炭比表面積的95%以上,在很大程度上決定了活性炭的吸附容量。中孔比表面積占活性炭比表面積的5%左右,是不能進入微孔的較大分子的吸附位,在較高的相對壓力下產生毛細管凝聚。大孔比表面積一般不超過0.5m2/g,**是吸附質分子到達微孔和中孔的通道,對吸附過程影響不大。活性炭內部具有晶體結構和孔隙結構,活性炭表面也有一定的化學結構。活性炭吸附性能不僅取決于活性炭的物理(孔隙)結構,而且還取決于活性炭表面的化學結構。在活性炭制備過程中,炭化階段形成的芳香片的邊緣化學鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。炭化使碳以外的物質揮發,氧化活化可進一步去掉殘留的揮發物質。
KOH活化法是20世紀70年代興起的一種制備高比表面積活性炭的活化工藝,其活化過程是將原料炭與數倍炭質量的KOH或NaOH混合,在不超過500℃下脫水后于800 ℃左右煅燒若干時間,冷卻后將產品洗滌至中性即可得到活性炭。反應機理是活化過程中被消耗的炭主要生成了碳酸鉀,同時在800℃左右,被炭還原的金屬鉀(沸點762℃)析出,金屬鉀的蒸氣不斷進入碳原子所構成的層與層之間進行活化,這兩個反應使產物具有很大的比表面積。 [2] KOH法活性炭主要應用在超級電容器領域。以椰殼為主要原料所制得的活性炭比表面積可接近3000m2/g,比電容可超過200F/g,同時還可表現出非常優良的儲氫和儲甲烷能力,在77K 和100kPa的情況下,儲氫量可達到2.94%,壓力提高至1MPa,儲氫量可達4.82%。以減少非碳成分(此過程稱為炭化),然后與氣體反應,表面被侵蝕,產生微孔發達的結構 。信陽除異味活性炭模具
活化加工制備而成,具有發達的孔隙結構。河南除異味活性炭模具
在制備過程中,具有氧化性的高溫活化氣體無序碳原子及雜原子首先發生反應,使原來封閉的孔打開,進而基本微晶表面暴露,然后活化氣體與基本微晶表面上的碳原子繼續發生氧化反應,使孔隙不斷擴大。一些不穩定的炭因氣化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物氣體,從而產生新的孔隙,同時焦油和未炭化物等也被除去,**終得到活性炭產品。活性炭發達的比表面積則源自中孔、大孔孔容的增加,形成的大孔、中孔和微孔的相互連接貫通。由于物理法工藝流程相對簡單,產生的廢氣以CO2和水蒸氣為主,對環境污染較小,而且**終得到的活性炭產品比表面積高、孔隙結構發達、應用范圍廣,因此世界范圍內的活性炭生產廠家中70%以上都采用物理法生產活性炭。炭活化過程中產生大量的余熱,可滿足原料烘干、余熱鍋爐制高溫蒸汽、產品的洗滌烘干等所需熱能。河南除異味活性炭模具
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