微波技術在活性炭制備中應用

1、活性炭主要用于除去水中的污染物、脫色、過濾凈化液體、氣體,還用于對空氣的凈化處理、廢氣回收、貴重金屬的回收及提煉。隨著科學的發(fā)展,活性炭的用途與作用也越來越廣泛。因此利用不同的工藝與資源制備活性炭已成為當今世界各國十分關注的研究課題,近年來微波制備活性炭成為各國學者研究的熱點之一。1 活性炭的性質與應用1.1 活性炭的特性活性炭屬不定型物質,是疏水性非極性吸附劑,能選擇性地吸附非極性物質,吸附力大?？讖酱笮〔煌目紫?能吸附分子大小不同的物質。此外,由于其表面和表面化合物以及灰分等的作用,活性炭具有良好的催化活性?；钚蕴恐?c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 活性炭的質量指標與應用活

2、性炭的質量有多項物理與化學指標,主要的如:水分、灰分、酸溶物、各種金屬和酸根的含量,以及它的吸附性能等。對于不同用途的活性炭,時常用不同的物質和方法來檢驗它的吸附性能,通常有亞甲基藍吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值、苯酚值等1。其中亞甲基藍吸附值是最常用的,對它的吸附量反映了活性炭吸附小分子物質的能力,具有大量0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 20 世紀初開始發(fā)展活性炭的生產2。我國的活性炭工業(yè)在 20 世紀 50 年代才真正建立起來,在 70 年代有較大的發(fā)展。目前,世界活性炭的年產量約 6.5105t 左右。1997 年0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:

3、/ 2.359105t,歐洲(比利時、法國、英國、荷蘭)達 1.124l05t,亞洲中國(包括臺灣)、印度、印尼、日本、南朝鮮、馬來西亞、菲律賓、斯里蘭卡、泰國計 3.01105t。1997 年中國活性炭生產總量達 1.2105t 以上,占世界年產量的 l5%。據有關信息資料報道,1998 年中國出口量為 1.004105t,出口額達 6.04 億美元;2000 年中國活性炭出口量高達 1.192105t,出口額高達 6.85 億美元。在進口數(shù)量上,1999 年活性炭進口量為 1904.5 萬 t,進口額達 558.2 萬美元;2001 年活性炭進口量增加為 2567.3 萬 t。進口額為 7

4、27.1 萬美元。從這些數(shù)據可以看出,2l 世紀0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 活性炭制備原料與傳統(tǒng)制備方法 3.1活性炭的制備原料用于活性炭生產的主要原材料可分為以下 5 大類:a、植物性原料,如木材、鋸末、果核、果殼、棉花秸、糠醛渣、蔗糖渣等;b、礦物原料,如各種煤和石油殘渣等;c、各種廢棄物,如動物的骨頭和血,工業(yè)上廢舊塑料、各種橡膠廢品等;d、合成纖維材料,如聚丙烯等;e、有機纖維材料,如聚丙烯腈纖維、粘膠絲、瀝青纖維等。根據生產所用的材質,目前國內主要的活性炭品種有木0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 活性炭的傳統(tǒng)制備方法國內外傳統(tǒng)的活性炭制備方法有氣體活

5、化法,化學活化法,化學物理法:氣體活化法是把原料炭化后,用水蒸氣、二氧化碳、空氣、煙道氣等,在 800900下進行活化的方法4?；钚蕴康寐瘦^低,質量不穩(wěn)定,比表面積較低,活化溫度高,設備投資大,但對環(huán)境無污染;化學活化法是把化學藥品加入原料中,然后在惰性氣體中加熱,同時進行炭化和活化的一種方法4。這種方法對設備腐蝕性較大,污染環(huán)境,殘留物較多;化學物理法在活性炭原料中加入一定量的化學藥品(即添加劑)進行化學活化浸漬處理,在碳材料0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 微波法制備活性炭微波具有快速、高效、資源回收利用率高、不會造成二次污染、成本低等顯著優(yōu)點。因此微波法制備活性炭成為近年來

6、國內外學者的研究熱點之一。國內外許多研究者嘗試用微波制備活性炭并取得了可喜成績,如 Kasai、Takakazu5等將有機成型廢料用微波加熱,炭化,活化制得優(yōu)質活性炭。彭金輝等用蠶豆稈,稻稈,黑型樹皮拷膠廢料,瓜子殼,麥秸,玉米芯,蠶豆殼,甘蔗渣,楊梅樹皮廢料,煙稈,松木屑,椰殼為原料,0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 微波加熱的原理微波頻率大約在 300MHZ300GHZ,即波長 100cm 至 1mm 范圍內的電磁波。微波加熱的原理基于當微波遇到不同材料時,依材料的性質不同會發(fā)生反射、吸收、穿透現(xiàn)象,這取決于材料的介電常數(shù)、介電損耗系數(shù)、比熱、形狀和含水量等。一般來說介質在微

7、波場中加熱有兩種機理,即離子傳導機理6和偶極子轉動機理7,在實際加熱中,兩種機理的微波能耗散同時存在。傳統(tǒng)加熱是由外部熱源通過熱輻射0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 微波技術在環(huán)保領域的應用微波技術在環(huán)保領域的幾種應用:含油污泥微波脫油技術;原油淤泥微波脫油技術;微波碳還原-煙氣脫硫脫硝技術;微波焚燒法處理廢電路板回收貴金屬技術;微波-氯化鋅法制取鋸末活性炭處理含鉻廢水;微波法制取原油泄露處理用高吸油性復合體技術;防電磁波輻射污染用微波吸收劑的制取技術。4.3 微波法制備活性炭的影響因素在活性炭的制備中,原料不同,成品功效也不同。其中椰殼活性炭是活性炭行業(yè)公認的最好的一種活性炭,

8、0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 值等。4.3.1微波功率的影響取充分浸漬濾干后污泥原料于石英管中,固定微波輻照時間 4min,氯化鋅濃度 35%,干污泥與氯化鋅比重 1:3.0,改變微波功率,。當功率較低時,加熱溫度沒有達到炭化活化的溫度,所以此時吸附性能較差;當功率持續(xù)增大,溫度過高時,由于氯化鋅的蒸氣壓高,藥劑損失嚴重,從而實際發(fā)揮作用的氯化鋅減少反而導致吸附劑性能下降。4.3.2 輻照時間的影響取充分浸漬濾干后的污0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 595W,活化劑氯化鋅的濃度為 35%,干污泥與氯化鋅溶液的重量比為 1:3.0 的條件下,改變輻射時間實驗結果

9、 2 所示,吸附劑的碘值與亞甲基藍吸附值隨微波時間的變化表現(xiàn)了相似的變化規(guī)律,分析其原因,主要是因為活化時間長短與微波活化速率快的影響,輻射時間太短炭化不充分,輻射時間過長會導致部分孔徑燒結。4.3.3 活化劑濃度的影響經不同濃度氯化鋅溶液充分浸漬濾干后的污泥原料,放入石英管中,固定在微波腔體中,在微波功率 595W,輻照時間 4min,干污泥與氯化鋅的中重量比為 1:3.0 的條件下實驗,研究不同濃度0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 3 所示。一般來講,活化劑濃度越高,脫水縮合作用就越大,最終得到的吸附劑多孔結構也越發(fā)達,吸附性能就越好。另一方面,氯化鋅是強吸附物質,若濃度太高

10、,則加強了物料的吸附能力,從而使活化溫度升高,使碳成分含量下降,灰分含量增加,此外氯化鋅晶體將堵塞部分大孔,在洗滌過程中得不到充分去除,從而使吸附劑的比表面積和吸附能力下降。4.3.4 浸漬比的影響將不同重量的40%的氯化鋅溶液充分浸漬濾干后的污泥原料放入石英管中,固定在微波腔體中,在 595W 微波功率下輻照 4min,實驗結果 4。干污泥與氯化鋅溶液的重0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 其他影響因素在微波制備活性炭的實驗中影響因素還有浸泡時間,一般來說浸泡時間越久,其浸漬的程度就越充分,但時間超過一定程度,吸附效果反而下降。這是因為浸漬時間和氯化鋅濃度直接影響氯化鋅在污泥上的

11、吸著量,從而影響了產品的性能和得率的高低。開始用氯化鋅溶液浸漬時,原料含水率很低,使得氯化鋅溶液得以迅速把原料潤脹,并在開始的一段0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 小結微波法制備活性炭為活性炭的制備開辟了一條新的途徑,微波法具有加熱快、熱效率高、便于控制、設備體積小、污染小等優(yōu)點,此外制備出來的活性炭吸附性能優(yōu)良。但也有不足0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 王嶺 . 活性炭檢測技術簡介 . 潔凈煤技術,2004,10(1)2J.W.哈斯勒.活性炭凈化.北京:中國建筑工業(yè)出版杜,19803 張廣祿.1997 年世界活性炭概況.林產化工通訊,1999,33(1)4 高尚

12、愚.活性炭的應用技術-維持管理及存在問題.南京:東南大學出版0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ ,20025KASAAITAKAKAZU.CarbonizationofanicwasteformanufactureofactivatedcarbonP.Japan:Jpn.KokaiTokkyoKohoJP200034114(2000)6 劉鐘棟.微波技術在食品工業(yè)中的應用.北京:中國輕工業(yè)出版社,19997 王紹林.微波加熱原理及其應用.物理,1997,16(14)8 張斌.污泥含碳吸附劑的制備與應用研究.工業(yè)安全與環(huán)保,2006,32(2)9 涂建華,張利波,彭金輝,等.微波輻射亞麻屑制活性炭研究.林產化工通訊.2005,39(1)10 張利波,彭金輝,張世敏,等.微波加熱中試裝置的研制及再生載金炭的試驗.冶金設備,2002,135(5)11 張利波,彭金輝,張世敏,等.微波輻射