關于利用生物質(zhì)制取活性炭的現(xiàn)狀及現(xiàn)實意義

1、關于利用生物質(zhì)制取活性炭的現(xiàn)狀及現(xiàn)實意義關于利用生物質(zhì)制取活性炭的現(xiàn)狀及現(xiàn)實意義論文關鍵詞：生物質(zhì)活性炭發(fā)展?jié)摿?應用價值現(xiàn)實意義論文摘要：敘述了利用生物質(zhì)為原料制取生物質(zhì)活性炭的 2 種方法一一物理法和化學法及生物質(zhì)活性炭與煤質(zhì)活性炭的優(yōu)缺點。指出，由于能源的缺乏和環(huán)保意識的增強，生物質(zhì)制取活性炭較煤質(zhì)活性炭更有優(yōu)勢。0 引言活性炭 (Activated carbon，簡稱 AC)是一種利用生物有機物質(zhì) (如木材、焦炭、石油焦、各種堅果殼等)制備的具有發(fā)達孔隙結構和大比表面積的多孔炭材料 。隨著工業(yè)的發(fā)展，對活性炭的需求越來越多，在很多領域里都用到活性炭。以木材為原料的傳統(tǒng)的活性炭的制備已受

2、到林業(yè)發(fā)展的限制，因此，利用多種生物質(zhì)為原料來制取活性炭越來越被重視。目前，各種生物質(zhì)制取活性炭的研究已在不斷地進行，有些已經(jīng)轉換為生產(chǎn)力。這樣，不僅能夠使廢棄物充分利用，而且還能夠滿足對活性炭不斷增加的需求。本文就國內(nèi)外生物質(zhì)的研究制備和應用方面的現(xiàn)狀及生物質(zhì)活性炭在不同領域的應用作一概述。1生物質(zhì)制取活性炭的優(yōu)缺點生物質(zhì)制取活性炭與傳統(tǒng)的煤制取活性炭比較，由于其原料是農(nóng)林廢棄物和工業(yè)廢棄物，所以原料來源豐富，價格低廉。與原料煤相比，生物質(zhì)無黏結性、無需破黏等特殊處理，制取活性炭的工藝過程簡單。由于利用生物質(zhì)制取活性炭是 1 種新的研究方向和新的工藝，不可避免地存在著缺點利用生物質(zhì)制取活性炭

3、，對裝置要求較高，制取的活性炭沒有煤制取活性炭所具有的良好的吸附性能和機械強度。煤制取的活性炭比生物質(zhì)活性炭更容易再生，抗磨損性強，流體阻力相對較小。2 生物質(zhì)制取活性炭制備方法生物質(zhì)制取活性炭也和煤制取活性炭一樣，有物理法和化學法 。 物理法是把原料炭化以后，用水蒸氣、c0 、空氣、煙道氣等在 7001 i00下進行活化的方法。物理活化法所得產(chǎn)品的形狀以顆粒狀為主，其孔徑分布以微孔居多，更適合于液相和氣相中分子量和分子直徑較小的物質(zhì)的吸附。它的基本原理是炭化在惰性氛圍氣中經(jīng)過熱分解放出揮發(fā)酚而變成炭化產(chǎn)物 ，而后，將炭化產(chǎn)物用水蒸氣、C0 等在 700。C 1 1o0下進一步活化制成具有發(fā)達

4、的孔隙及與其相應比表面積的活性炭。物理方法的一般流程見圖 l。即原料經(jīng)過干燥、炭化，再經(jīng)過預處理工段 (破碎篩選)，再經(jīng)過活化工段 (活化)，然后進行洗滌，最后進行后處理工段 (干燥、粉碎)，就可以得到活性炭產(chǎn)品。在實際生產(chǎn)中，大多采用高溫水蒸氣作活化劑。其優(yōu)點在于用水蒸氣作活化劑，使炭表面純凈，生產(chǎn)工藝簡單，不存在設備腐蝕和環(huán)境污染。又因反應吸熱，不會使物料在活化中局部過熱而影響收率。其缺點是，因耐火材料和木炭的傳熱系數(shù)小，易造成管內(nèi)物料溫度不均，活化不一致而影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。另外，因其依靠碳原子氧化形成孔隙結構，故活性炭的收率不高，且活化溫度較高?；瘜W法是把化學藥品加入原料中，在惰性氣體

5、介質(zhì)中加熱，進行炭化和活化的一種方法。化學活化法所得產(chǎn)品的形狀以粉狀為主，其孔徑分布可通過調(diào)節(jié)化學活化劑的配比進行控制，比較靈活。既可制造出以微孔為主的產(chǎn)品，也可制造出富含中孔 (過渡孔)的產(chǎn)品，比較適合于吸附液相中分子量和分子直徑較大的物質(zhì)?；瘜W方法活性炭的成熟工藝為氯化鋅 (ZnC1 )法。國內(nèi)活性炭生產(chǎn)廠大多采用該法，其活化原理為：ZnCl。在炭化活化中有脫水作用，使有機木質(zhì)原材料的氫、氧元素以水的形式溢出，如此可降低炭化活化溫度，改變熱解路線，另外，ZnC1 溶液對木質(zhì)原料有溶解、侵蝕作用，故可順利滲透到原料內(nèi)部，到達木質(zhì)原料中纖維形式的細孔中，以實現(xiàn)完全活化?；罨^程中ZnC1。多數(shù)

6、留在炭中起骨架作用，而形成的炭則沉積在骨架上。當最后用水洗掉 ZnC1 后，則炭形成多孔，從而具有吸附、脫色作用。化學方法的一般流程見圖 2。即原料經(jīng)過預處理工段 (浸漬)，再進行活化工段 (炭化活化)，然后進行洗滌，最后進行后處理工段 (干燥、粉碎)，就可以得到活性炭產(chǎn)品?；瘜W方法的優(yōu)點在于制備的活性炭孔隙率大，且可通過調(diào)整活化劑的濃度生產(chǎn)不同孔徑的活性炭，活化時間短、活化反應易控制、產(chǎn)物比表面積大。另外用 ZnC1。做活化劑，炭化活性溫度低、易操作、能耗小，同時 ZnCl 可回收循環(huán)利用但因在炭化活化時有部分 ZnC1 進入大氣，回收工段還要使用揮發(fā)性鹽酸，這對大氣均有一定程度的污染，另外

7、，化學法對設備腐蝕性大。一直以來，利用物理法制取的活性炭的使用量不斷增 加，特別是顆粒活性炭。據(jù)稱，使用量的年均增長率為 510?；瘜W法制取的活性炭的使用量變化不大，甚至有下降的趨勢。物理法之所以成為生產(chǎn)活性炭的主要方法，是由于化學法有如下一些缺點：a) 存在著由于從各個生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的酸性氣體，特別是氯氣對金屬材料的腐蝕及污染環(huán)境的問題；b) 生產(chǎn)裝置所使用的材料幾乎都需要耐腐蝕，成本高：c) 所使用的化學活化劑回收不充分時，重金屬離子有殘留在活性炭中的危險性，用途受到限制；d) 適于吸附氣體的微孔少；e) 產(chǎn)品絕大多數(shù)為粉末狀。不同方法、不同原料制取的活性炭的性能比較見表 1。3 影響生物

8、質(zhì)制取活性炭性能的因素利用生物質(zhì)來制取活性炭的過程，主要有如下幾種影響因素：生物質(zhì)原料、活化溫度和活化劑種類等。利用生物質(zhì)制取活性炭的原料主要有秸稈、稻殼、花生殼、核桃殼等。利用花生殼制備活性炭的工藝早在 2O 世紀 90 年代中期就有報道。以花生殼為原料制備的活性炭對水體中的重金屬離子有很好的吸附性能，例如：Hg(II)，Pb(II)，Cu(II)等。利用小麥秸稈為原料制備的活性炭則具有較強的脫色力。利用稻殼為原料制備的活性炭具有很強的凈化能力。利用核桃殼為原料制備的活性炭，具有較高的吸附性能。由此可見，利用不同原料制備的活性炭在性能方面各有不同。原料對制備的活性炭的性能有很大的影響。關于活化溫度與活性炭性能的關系。厲 悅，等，利用 KOH 活化稻殼制備的活性炭，在活化溫度為 750時，其他工藝參數(shù)相同的條件下，稻殼活性炭的吸附性能最好。歐陽娜娜，等 用核桃殼活性炭的吸附性能，隨著活化溫度的升高而增強，但當達到一定值時又逐漸下降。當活化溫度升至 600時，核桃殼活性炭對碘的吸附達到最大值。總的看來，活化溫度是影響活性炭性能的一個重要因素，且不同的原料和工藝過程，需要不同