活性炭的制備技術(shù)
化學活化法
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(jīng)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(fā)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，其中較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(chǎn)生大量孔隙。此外，化學活化劑能夠抑制
焦油副產(chǎn)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。 [2]
我國木質(zhì)磷酸法粉狀活性炭已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?；⒆詣踊颓鍧嵒a(chǎn)，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。 [2]
（1）磷酸活化法
磷酸法制備活性炭的過程中，磷酸與木質(zhì)纖維原料的作用機理可分為以下幾個方面：潤脹作用、加速活化作用、脫水作用、氧化作用和芳香縮合作用。 [2]
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(chǎn)顆?；钚蕴窟€需增加捏合工藝。另外，附設專門的廢氣凈化系統(tǒng)，回收煙氣中的磷酸和炭粉，減少對環(huán)境的污染。磷酸活化法的生產(chǎn)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(xié)同控制，可以明顯提高活性炭吸附能力，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，同時適當降低活化溫度對降低產(chǎn)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。 [2]
（2）氯化鋅活化法
ZnCl2在活化過程中使木質(zhì)纖維原料發(fā)生脫氫反應并進一步芳構(gòu)化，從而形成初步孔結(jié)構(gòu)，水洗脫除氯化鋅后即形成孔隙結(jié)構(gòu)。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(gòu)成了具有吸附力的活性炭內(nèi)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(nèi)外市場的青睞，需求量逐年增加。 [2]
（3）氫氧化鉀活化法
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(shù)倍炭質(zhì)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(chǎn)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(gòu)成的層與層之間進行活化，這兩個反應使產(chǎn)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(lǐng)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(xiàn)出非常優(yōu)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%。 [2]
物理活化法
物理法通常又稱氣體活化法，是將已炭化處理的原料在800 ～1000℃的高溫下與水蒸氣，煙道氣（水蒸氣、CO2、N2等的混合氣）、CO或空氣等活化氣體接觸，從而進行活化反應的過程。物理活化法的基本工藝過程主要包括炭化、活化、除雜、破碎（球磨）、精制等工藝，制備過程清潔，液相污染少。 [2]
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(fā)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(xù)發(fā)生氧化反應，使孔隙不斷擴大。一些不穩(wěn)定的炭因氣化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物氣體，從而產(chǎn)生新的孔隙，同時焦油和未炭化物等也被除去，較終得到活性炭產(chǎn)品。活性炭發(fā)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(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對環(huán)境污染較小，而且較終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、應用范圍廣，因此世界范圍內(nèi)的活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。炭活化過程中產(chǎn)生大量的余熱，可滿足原料烘干、余熱鍋爐制高溫蒸汽、產(chǎn)品的洗滌烘干等所需熱能。 [2]
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