工業(yè)微波技術(shù)制備活性炭的方法

1、關(guān)于微波技術(shù)制備活性炭的方法的研究地點(diǎn)：微朗科技微波實(shí)驗(yàn)室單位:株洲市微朗科技有限公司時(shí)間:2012-08-23聲明：本研究成果歸株洲市微朗科技有限公司所有，仿冒必究一、活性炭的特性活性炭屬不定型物質(zhì)，是疏水性非極性吸附劑，能選擇性地吸附非極性物質(zhì)，吸附力 大?？讖酱笮〔煌目紫?，能吸附分子大小不同的物質(zhì)。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阅艿靡詮V泛使用也歸功于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。它能耐酸、耐堿、耐高溫，不溶于水和其它溶劑，能在水溶液和許多溶劑中使 用?；钚蕴康牧硪惶匦允撬?jīng)使用失效后，可用各種方法再生，可多次利用。（1 ）活性炭的質(zhì)量指標(biāo)與應(yīng)用

2、活性炭的質(zhì)量有多項(xiàng)物理與化學(xué)指標(biāo)，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(duì)于不同用途的活性炭，時(shí)常用不同的物質(zhì)和方法來檢驗(yàn) 它的吸附性能，通常有亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值、苯酚值等。其中亞甲基藍(lán)吸附值是最常用的，對(duì)它的吸附量反映了活性炭吸附小分子物質(zhì)的能力，具有大量微孔的活性炭，此值較高。根據(jù)活性炭的吸附特點(diǎn)，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(duì)空氣的凈化處理、廢氣回收（如在化工行業(yè)里對(duì)氣體苯的回收 卜貴重 金屬的回收及提煉（比如對(duì)黃金的吸收）。近年來，在醫(yī)藥行業(yè)中也 有所利用，隨著科學(xué)的發(fā)展，隨著國家

3、對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視 ，活性炭的用途也越來越廣泛。二、活性炭的國內(nèi)外需求現(xiàn)狀國內(nèi)外活性炭的生產(chǎn)與應(yīng)用都比較晚。歐美在20世紀(jì)初開始發(fā)展活性炭的生產(chǎn)2。我國的活性炭工業(yè)在 20世紀(jì)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(chǎn)量約 6.5 X 105左右。1997年美洲（巴西、墨西哥、美國）為2.359 X 10 5t, 歐 洲（比利時(shí)、法國、英國、荷蘭）達(dá)1.124 X IO5t,亞國 （包括臺(tái)灣）、印度、印尼、日本、南朝鮮、馬來西亞、菲律賓、斯里蘭卡、泰國計(jì)3.01 X 105t 1597年中國活 性 炭生產(chǎn)總量達(dá)1.2 X 105以上，占世界年產(chǎn)量的15%。據(jù) 有關(guān)信

4、息資料報(bào)道，1998年中國出口量為1.004 X 105t, 出口額604億美元;2000年中國活性炭出口量高達(dá)1.192 X 105t出口額高達(dá)6.85億美元。在進(jìn)口數(shù)量上，1999年活性炭進(jìn)口量為 1904.5萬t,進(jìn)口額達(dá)558.2萬美 元，2001年活性炭進(jìn)口量增加為2567.3萬t。進(jìn)口額為727.1萬美元。從這 些數(shù)據(jù)可以看出,21世紀(jì)中國的活性炭行業(yè)仍然具有廣闊的發(fā)展前景。但是,國內(nèi)的活性炭工業(yè)必須注重研究活性炭的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)新技術(shù)開發(fā)，促進(jìn)整個(gè)活性炭行業(yè)的良好發(fā)展。三、活性炭制備原料與傳統(tǒng)制備方法（1 ）活性炭的制備原料用于活性炭生產(chǎn)的主要原材料可分為以下5大類:a、植物

5、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?jiān)?c、各種廢棄物，如動(dòng)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(jī)纖維材料，如聚丙烯腈纖維、粘膠絲、瀝青纖維等。根據(jù)生產(chǎn)所用的材質(zhì)，目前國內(nèi)主要的活性炭品種有木質(zhì)活性炭、煤質(zhì)活性炭、果殼活性炭和活性炭纖維等。（2 ）活性炭的傳統(tǒng)制備方法國內(nèi)外傳統(tǒng)的活性炭制備方法有氣體活化法，化學(xué)活化法，化學(xué)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 C下進(jìn)行活化的方法。活性炭得率較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，比表面積較低，活化溫度高，設(shè)備投資大，但對(duì)

6、環(huán)境無污染；化學(xué)活化法 是把化學(xué)藥品加入原料中，然后在惰性氣體中加熱，同時(shí)進(jìn)行炭化和活化的一種方法。這種方 法對(duì)設(shè)備腐蝕性較大，污染環(huán)境,殘留物較多；化學(xué)物理法在活性炭原料中加入一定量的化學(xué) 藥品（即添加劑）進(jìn)行化學(xué)活化浸漬處理，在碳材料內(nèi)部形成傳輸?shù)?，有利于氣體活化劑進(jìn)入孔 隙內(nèi)進(jìn)行刻蝕。這種方法優(yōu)點(diǎn)是：可通過控制浸漬比和浸漬時(shí)間來制得孔徑分布合理的活性 炭，比表面積大，且得率高。四、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(huì)造成二次污染、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此微波法制備活性炭成為近年來國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。國內(nèi)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 Kas

7、ai、Takakazu5等將有機(jī)成型廢料用微波加熱，炭化，活化制得優(yōu)質(zhì)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，微波制備活性炭。樊希安等采用微波輻射 竹節(jié)、椰殼、棉稈，利用磷酸、水蒸氣、氯化鋅為活化劑制得優(yōu)質(zhì)活性炭。張利波等采用微 波輻射煙稈法制得了性能各異的活性炭。（1 ）微波加熱的原理微波頻率大約在 300MHZ300GHZ，即波長100cm 至1mm 范圍內(nèi)的電磁波。微波加 熱的原理基于當(dāng)微波遇到不同材料時(shí)，依材料的性質(zhì)不同會(huì)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

8、水量等。一般來說介質(zhì)在微波場中加熱有兩種機(jī)理，即離子傳導(dǎo)機(jī)理和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)理，在實(shí)際加熱中，兩種機(jī)理的微波能耗散同 時(shí)存在。傳統(tǒng)加熱是由外部熱源通過熱輻射由表及里的傳導(dǎo)加熱，與之相比，微波加熱具有如下特點(diǎn)：選擇性加熱，加熱速度快，熱效率高，便于控制，易于自動(dòng)化控制。（2 ）微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的幾種應(yīng)用：含油污泥微波脫油技術(shù)；原油淤泥微波脫油技術(shù)；微波碳 還原-煙氣脫硫脫硝技術(shù)；微波焚燒法處理廢電路板回收貴金屬技術(shù) ；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(fù)合體技術(shù)；防電磁波輻射污染用微波吸收劑的制取技術(shù)。（3 ）微波法制備活性炭的影

9、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(rèn)的最好 的一種活性炭，不論是吸附速度、吸附能力、強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)以及按照水處理工藝不同可選 擇不同材質(zhì)的活性炭產(chǎn)品。微波法制備活性炭的影響因素有：微波功率、輻照時(shí)間、活化劑濃度、浸漬比、pH值等。（4）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(shí)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(dāng)功率較低時(shí)，加熱溫度沒有達(dá)到炭化活化的溫度，所 以此時(shí)吸附性能較差；當(dāng)功率持續(xù)增大，溫度過高時(shí)，由于氯化鋅的蒸氣壓高，藥劑損失嚴(yán)重，從 而實(shí)際發(fā)揮作用的氯化鋅減少反而導(dǎo)致吸附劑性

10、能下降。（5）輻照時(shí)間的影響取充分浸漬濾干后的污泥原料置于石英剝離管中，固定在微波爐腔體中，在微波功率為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(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 2所示,吸附劑的碘值與亞甲基藍(lán)吸附值隨微波時(shí)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?yàn)榛罨瘯r(shí)間長短與微波活化速率快的影響，輻射時(shí)間太短炭化不充分，輻射時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致部分孔徑燒結(jié)。（6）活化劑濃度的影響經(jīng)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(shí)間4min,干污泥與氯化鋅的中重量比為1:3.0的條件下實(shí)驗(yàn),研究

11、不同濃度活化劑濃度對(duì)所制備含炭吸附劑的吸附性能的影響。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(jié)構(gòu)也越發(fā)達(dá)，吸附性能就越好。另一方面，氯化鋅是強(qiáng)吸附物質(zhì)，若濃度太高，則加強(qiáng)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。（7）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。干污泥與氯化鋅溶液的重量比越大，活化劑溶液可 使顆粒污泥得到充分的浸潤，氯化鋅在熱解過程中的作

12、用得到充分發(fā)揮，所得到的吸附劑性能越好。但過多的氯化鋅溶液浸漬會(huì)使熱解原料中水分的含量過高，需較長升溫時(shí)間以及造成氯化鋅的浪費(fèi)。（8）其他影響因素在微波制備活性炭的實(shí)驗(yàn)中影響因素還有浸泡時(shí)間，一般來說浸泡時(shí)間越久，其浸漬的程度就越充分，但時(shí)間超過一定程度，吸附效果反而下降。這是因?yàn)榻n時(shí)間和氯化鋅濃度直接 影響氯化鋅在污泥上的吸著量，從而影響了產(chǎn)品的性能和得率的高低。開始用氯化鋅溶液浸漬時(shí)，原料含水率很低，使得氯化鋅溶液得以迅速把原料潤脹，并在開始的一段時(shí)間里，隨著浸漬時(shí)間的延長，原料中氯化鋅吸著量迅速增加，但當(dāng)吸著量達(dá)到一定程度后，隨著浸漬時(shí)間的,其功效也相應(yīng)不同，張利波延長,原料吸附氯化鋅的速度變慢。在干污泥制備活性炭中此因素影響不大，但在植物性原料制備活性炭中浸漬時(shí)間的影響效果就比較顯著。此外活化劑不同等采用微波輻射煙稈制得了性能各異的活性炭，所用活化劑有水蒸汽、磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀、硫酸等。五、總結(jié)微波設(shè)備活性炭為活性炭