化學活化法就是通過將各種含碳原料與化學藥品均勻地混合后,一定溫度下,經歷炭化、活化、回收化學藥品、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,盡管發生的化學反應不同,有些對原料有侵蝕、水解或脫水作用,有些起氧化作用,但這些化學藥品都可對原料的活化有一定的促進作用,其中**常用的活化劑為磷酸、氯化鋅和氫氧化鉀。化學活化法的活化原理還不十分清楚,一般認為化學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氫化合物所含有的氫和氧分解脫離,以 H2O、CH4等小分子形式逸出,從而產生大量孔隙。此外,化學活化劑能夠***焦油副產物的形成,避免焦油堵塞熱解過程中生成的細孔,從而可以提高活性炭的收率。產生新的和擴大原有的孔隙,改善微孔結構,增加活性。鄭州凈水用活性炭渠道
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。中牟凈水用活性炭設備活性炭的含炭量、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。
活性炭制造原材料命名的分類符號以材料名稱英文單詞的首字母大寫表示,若名稱首字母重復,則在英文單詞首字母后綴一個小寫英文字母,該字母來源于材料名稱的英文單詞(輔音優先)。制造原材料分類符號中,由于類屬于木質活性炭的加工原材料種類較多,而各種木質原材料制造后的活性炭性能有一定的區別,因此,將木質活性炭的制造的原材料細分為四類:木屑類活性炭、果殼類活性炭、椰殼類活性炭、生物質類活性炭。這四類木質活性炭的分類符號,用原材料分類符號(W)和其具體的原料(木屑、果殼、椰殼、生物質)英文單詞的首字母大寫用下腳標標注共同表示。 其分類符號詳見2016年發布的中國國家標準GB/T 32560-2016 《活性炭分類與命名》。
我國木質磷酸法粉狀活性炭已經實現了規模化、自動化和清潔化生產,整體技術達到國際**水平。ZnCl2在活化過程中使木質纖維原料發生脫氫反應并進一步芳構化,從而形成初步孔結構,水洗脫除氯化鋅后即形成孔隙結構。此外還有學者認為氯化鋅在炭化時形成新生炭沉積的骨架,當其被洗去之后,炭的表面便暴露出來,構成了具有吸附力的活性炭內表面。 [2] 氯化鋅活化工藝流程與磷酸活化法工藝基本相似。氯化鋅法活性炭由于其孔徑分布相對集中、吸附力強等特點,一直受到國內外市場的青睞,需求量逐年增加。表面被侵蝕,產生微孔發達的結構 (此過程稱為活化)。
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。活性炭表面的微孔直徑大多在2~50nm之間。中牟凈水用活性炭設備
通常為粉狀或粒狀具有很強吸附能力的多孔無定形炭。鄭州凈水用活性炭渠道
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。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學鍵,能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環原子反應形成不同的表面基團,這些表面基團的存在毫無疑問地影響到活性炭的吸附性能。X 射線研究表明,這些雜環原子與碳原子結合在芳香片的邊緣,產生含氧、含氫和含氮表面化合物。當這些邊緣成為主要的吸附表面時,這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質。活性炭表面基團分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團有羰基、羧基、內酯基、羥基、醚、苯酚等,可促進活性炭對堿性物質的吸附;堿性表面官能團主要有吡喃酮(環酮)及其衍生物,可促進活性炭對酸性物質的吸附。鄭州凈水用活性炭渠道
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