煤基活性炭的定向制備與再生研究

1、煤基活性炭的定向制備與再生研究摘要：對(duì)煤基活性炭生產(chǎn)過(guò)程屮炭化與活化的機(jī)理展開(kāi)了詳細(xì)的分 析和論述，同時(shí)分析了制備過(guò)程中影響質(zhì)量的因素，并且具體分析了活性 發(fā)電極材料的定向制備。介紹了活性炭再生以及評(píng)價(jià)方法，為煤基活性炭 的快速發(fā)展提供參考。關(guān)鍵詞：煤基活性炭；炭化；活化；再生中圖分類號(hào)：tq424. 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：引言：活性炭又叫多孔炭，是一種具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和極大表 面積的人工炭材料，其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿，能經(jīng)受水濕、高溫及 高壓，不溶于水和有機(jī)溶劑，使用失效后可以再生，是一種循環(huán)經(jīng)濟(jì)性材 料。并且活性炭的制備原料十分廣泛，主要分為木質(zhì)類和煤質(zhì)類原料。木 質(zhì)類原料主

2、要有果殼，農(nóng)作物秸稈及紙漿廢液等；煤質(zhì)類原料主耍有褐煤, 無(wú)煙煤，焦炭煤及石油，石油瀝青焦等。一、煤基活性炭的生產(chǎn)1、炭化煤基活性炭的生產(chǎn)工藝屮，炭化的主要目的是使煤分子結(jié)構(gòu)屮的含氧 官能因斷裂并使得自由基芳環(huán)進(jìn)行分解聚合，從而可以增加碳的含量，為 活化過(guò)程中需要形成的孔隙碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行培育。煤基活性炭的炭化過(guò)程，簡(jiǎn) 單的說(shuō)就是在隔絕空氣，不加入化學(xué)品的條件下熱解。炭化過(guò)程首先是包 括氫、氧等大部分的非碳元素經(jīng)過(guò)分解之后，以氣態(tài)的形式釋放，之后一 些自由的碳元素互相結(jié)合，形成有序結(jié)構(gòu)，也就是石墨微晶單元形式，然 后，那些無(wú)序的碳就可以填充進(jìn)去，經(jīng)過(guò)活化之后形成發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)活 性炭。2、活化煤基活

3、性炭的活化過(guò)程就是利用水蒸氣和二氧化碳等對(duì)碳進(jìn)行弱氧 化的過(guò)程?；罨^(guò)程分為化學(xué)活化法和物理活化法，所謂化學(xué)活化法是將 化學(xué)藥劑與含碳的物質(zhì)進(jìn)行混合，然后結(jié)合炭化進(jìn)行活性炭的生產(chǎn)；而物 理活化法是利用水蒸氣和二氧化碳、氧氣等與含碳物質(zhì)炭化之后產(chǎn)牛的半 焦進(jìn)行反應(yīng)的一種活化方法，它也是生產(chǎn)中常用的方法。二、影響煤基活性炭質(zhì)量的因素1、原料煤性質(zhì)煤基活性炭的生產(chǎn)以及活性炭質(zhì)量的主要影響因素就是原料煤的性 質(zhì)，原料煤性質(zhì)不同會(huì)對(duì)活性炭的質(zhì)量造成不同的影響。比如說(shuō)不同的煤 種中，含有碳、氫、氧的含量不同，煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)也不同，因此在炭化后 產(chǎn)生的半焦的特性就不同。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原煤在沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理時(shí)，大同的

4、 煤種效果是最好的。2、炭化溫度炭化過(guò)程屮產(chǎn)生的半焦的性質(zhì)往往受到炭化溫度的影響，溫度過(guò)高， 微孔的容積會(huì)有明顯的下降，強(qiáng)度就會(huì)相應(yīng)的增加。也就是說(shuō)，煤的炭化 溫度能夠直接影響碳化料的空隙結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，不難發(fā) 現(xiàn)，600°c是炭化的最佳溫度，除此之外，在炭化過(guò)程中一定要注意防止 氧化，否則就會(huì)在很大程度上影響孔隙的碳結(jié)構(gòu)。3、活化溫度據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，一般水蒸氣的活化溫度控制在800-900°c,煙道氣 活化溫度一般控制在900-950°c,而空氣的話化溫度大約控制在600 °c 左右，而這些活化溫度都是根據(jù)所用的活化劑與在炭化過(guò)程中形成的

5、碳骨 架發(fā)生反應(yīng)的最住溫度以及催化劑使用過(guò)程中的最佳分解溫度來(lái)確定的。4、活化時(shí)間活化時(shí)間的長(zhǎng)短也間接影響著煤基活性炭的生產(chǎn)，在生產(chǎn)中，隨著活 化時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，活性炭的碘吸附值就會(huì)呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨 勢(shì)，在一個(gè)小時(shí)左右會(huì)達(dá)到最大值。但是，如果活化的時(shí)間沒(méi)有得到控制, 過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致采用的活化劑與空隙周?chē)奶荚影l(fā)生反應(yīng)，從而影響了石墨 微晶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使得活性炭遭到過(guò)度的燒蝕，造成活性炭的吸附能力 降低，影響活性炭的質(zhì)量。5、煤屮礦物質(zhì)灰分的含量是評(píng)價(jià)煤基活性炭的一個(gè)重耍指標(biāo)，而灰分就是煤中的礦 物質(zhì)以及有機(jī)成分經(jīng)過(guò)灼燒后生成的產(chǎn)物，很多研究表明，灰分的存在會(huì) 對(duì)活性炭的性能造成不利的

6、影響，因此要盡量降低煤基活性炭中灰分的含 量。而煤中的一些無(wú)機(jī)成分能夠降低活性炭的著火點(diǎn)以及活性炭灼燒的熔 點(diǎn)，從而就可以使灰分和活性炭成功的脫離開(kāi)來(lái)，也就自然降低了活性炭 中灰分的含量，并增強(qiáng)活性炭的質(zhì)量。三、活性炭再生與再生效果評(píng)價(jià)1、活性炭再生研究活性炭的再生從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度來(lái)看很有必要。活性炭的再生循環(huán)利 用技術(shù)已經(jīng)成為反映活性炭工業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。活性炭的再生就是 使失去吸附能力的活性炭用物理、化學(xué)或生物化學(xué)等方法，將所吸附的物 質(zhì)除去，恢復(fù)其吸附能力，以便重新用于吸附操作的過(guò)程。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提 出了各種活性炭再生工藝技術(shù)，如溶劑再生法，熱再生法，濕式氧化法等。 溶劑再生法就是利用

7、活性炭，溶劑與被吸附質(zhì)三者z間的相平衡關(guān)系，通 過(guò)改變溫度、溶劑的pll值等條件打破吸附平衡，將吸附質(zhì)從活性炭上脫 附下來(lái)。溶劑再生法一般比較適用于那些可逆吸附，如對(duì)高濃度、低沸點(diǎn) 冇機(jī)廢水的吸附。它的針對(duì)性較強(qiáng)，往往一種溶劑只能脫附特定污染物， 而水處理過(guò)程中的污染物種類繁多，變化不定，因此一種特定溶劑的應(yīng)用 范圍較窄。san miguel等介紹活性炭的熱再生法，吸附飽和的活性炭通過(guò) 干燥、高溫炭化和活化3個(gè)階段而得到再生?；钚蕴坎粌H是一種強(qiáng)的吸附 劑，而且還是一種強(qiáng)的吸波材料，因此常與微波技術(shù)相結(jié)合而應(yīng)用與環(huán)保 領(lǐng)域。微波的“體加熱”，誘導(dǎo)催化，選擇性和快速無(wú)滯后性是使其受青 睞的主耍原因

8、。kedding和gitchel等人提出并進(jìn)行了濕式氧化法再生活性炭的研究 工作。研究發(fā)現(xiàn)，該方法具有不需要脫水過(guò)程，炭的損失率較低和二次污 染低等顯著優(yōu)點(diǎn)。濕式氧化法主要研究思路是在活性炭投入吸附前，預(yù)先 在活性炭上負(fù)載具冇催化氧化作用的物質(zhì)，以降低活性炭有機(jī)吸附質(zhì)的分 解溫度，從而能有效地實(shí)現(xiàn)低溫再生和在線操作。2、再生效果評(píng)價(jià)活性炭的孔結(jié)構(gòu)和比表面積可通過(guò)bet氮吸附容量法測(cè)定，進(jìn)而分析英吸附能力；也可通過(guò)測(cè)定活性炭対指定溶液的吸附等溫線來(lái)比較其吸附 性能人小。如采用苯酚靜態(tài)再吸附法，即通過(guò)測(cè)定苯酚質(zhì)量濃度獲得的吸 附等溫線，進(jìn)而求得吸附容量，再確定活性炭再生效率。更有研究對(duì)測(cè)試 方法作

9、了改進(jìn)，由測(cè)試吸附等溫線改為測(cè)試冇機(jī)物吸附值。四、活性炭應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)的煤基活性炭技術(shù)大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，包括單種煤生產(chǎn)活 性炭、配煤生產(chǎn)活性炭以及催化活化生產(chǎn)活性炭?，F(xiàn)在，以煤作為原料的 活性炭已經(jīng)在石化、食品、化工、電力等眾多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，而其出眾 的對(duì)污染物的吸附能力也使它被廣泛的應(yīng)用在城市污水處理、工業(yè)廢水處 理以及對(duì)水源的凈化中去，尤其是活性炭的脫硫技術(shù)更是在近年來(lái)得到了 極大的發(fā)展。除此z外，在原料煤的處理方面，我國(guó)正在研究開(kāi)發(fā)煤的深 度脫灰技術(shù)，這對(duì)擴(kuò)展活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域具有十分重要的意義。煤基活性 炭應(yīng)用前景非常樂(lè)觀，因此，更要利用我國(guó)豐富的煤資源，加大對(duì)煤基活 性炭應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和研究，為煤基活性炭的使用提供機(jī)會(huì)，從而使我國(guó)的煤 基活性炭的發(fā)展取得更人的成就。結(jié)束語(yǔ)：在活性炭生產(chǎn)用原料煤處理方面，我國(guó)止在研究開(kāi)發(fā)煤的深度脫灰技 術(shù)（由于活性炭在食品、醫(yī)藥、化工、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，對(duì)其中無(wú)機(jī)質(zhì) 的種類和數(shù)量均有一泄的要求，因?yàn)檫@些礦物質(zhì)或是使催化劑屮毒、或是 造成吸附分離產(chǎn)品在外觀品質(zhì)的劣質(zhì)化。尋求合理的方法脫除灰分，替代 木質(zhì)活性炭在傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用，具有十分重要的意義。參考文獻(xiàn)：1 王飛軍，張?jiān)萍t，朱燕云，等.添加劑作用下用粘結(jié)性煙煤制活 性炭.煤炭轉(zhuǎn)化，200