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活性炭的不同制造方法及详细活化过程

       活性炭,是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳,也有排列规整的晶体碳。活性炭中除碳元素外,还包含两类掺和物:一类是化学结合的元素,主要是氧和氢,这些元素是由于未完全炭化而残留在炭中,或者在活化过程中,外来的非碳元素与活性炭表面化学结合;另一类掺和物是灰分,它是活性炭的无机部分,灰分在活性碳中易造成二次污染。活性炭由于具有较强的吸附性,广泛应用于生产、生活中。
      早期生产活性炭的原料为木材、硬果壳或兽骨,后来主要采用煤,经干馏、活化处理后得到活性碳生产方法有:化学药品活化法活性炭、强碱活化法活性炭、气体活化法活性炭、水蒸气活化法活性炭、物理化学法。

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制造活性炭的关键工艺是活化。由于所用活化剂的不同,可分为两类方法:
(1) 用氯化锌或磷酸等化学品为活化剂的化学品活化法;
(2) 用水蒸气或二氧化碳等为活化剂的气体活化法。
前者称为化学活化法,后者称为物理活化法。其实两类活化过程都各自民生质的变化,都是化学变化的过程。
化学品活化法
(一)  氯化锌活化法
以化学品氯化锌为活化剂。
将0.1-0.5份氯化锌浓溶液和1份泥炭或锯屑混合,在转炉中干燥,加热到600-700℃,成品以酸洗和水洗回收锌盐。有时化学品活化后继续进行水蒸气活化,藉以增加大量的细孔。
氯化锌活化的活性炭具有较多大也。虽然这是有效和简单的方法,但因锌化合物化合物的环境污染而渐衰。
(二)  磷酸活化法
以化学品磷酸为活化剂。
炭化的或未炭化的含碳物作起始原料。例如将研细的锯屑和磷酸混成浆状,在转炉中干燥,加热到100-600℃。萃取回收磷酸,有时中和后回收磷酸盐。干燥得活性炭,一般较氯化锌法的活性炭具有更细的细孔。
也可采用磷酸和水蒸气联合活化法。近年磷酸活化法趋向广泛应用,磷酸回收等革新未见发表。
(三)  氢氧化钾活化法
以化学品氢氧化钾为活化剂。
将含碳原料以熔融的无水氢氧化钾处理,激烈的反应产生非常高的多孔性,比表面积可高达3000m2/g。
(四)  其他化学品活化法
硫酸、硫化钾、氯化铝、氯化铵、硼酸盐、硼酸、氯化钙、氢氧化钙、氯气、氯化氢、铁盐、镍盐、硝酸、亚硝气、三氧化二磷、金属钾、高锰酸钾、金属钠、氧化钠和二氧化硫均可用于活化。
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气体活化法

       以水蒸气、二氧化碳或两者混合气体为活化剂,将含碳物料和气体在转炉或者沸腾炉内,在800-1000℃高温下进行碳的氧化反应,制成细孔结构发达的活性炭。
       水蒸气、二氧化碳和碳的反应是吸热反应,而氧和碳的反应是很强的放热反应,因此炉内反应温度难以控制,尤其要避免局部过热,防止不均匀活化更难,故氧或空气不宜作为活化剂。有时使用空气和水蒸气的混合气体,用碳的燃烧作为热源。多数情况下用烟道气和水蒸气的混合气体,由于不可避免地会混入少量氯气,造成水蒸气、二氧化碳和氧气三种气体同时参与活化。
       值得注意:在混合气体中少量的氧会使活性炭具有很大的孔隙。氧与碳的作用速度百倍于二氧化碳,而且因钾盐存在而大增,因此含钾的原料在含氧的气体中会剧烈反应,以致发生失控的燃烧而不是活化。
       各种少量化合物,例如碱金属和碱土金属的盐类,几乎全部氯化物、硫酸盐、醋酸盐和碳酸盐,还有大多酸类和氢氧化物,在气体活化中具有催化加速作用。工业上常用的催化剂是氢氧化钾和碳酸钾,用量在0.1%到5%之间。以固态催化剂和含碳物料混合,或以溶液加入,或成型低温炭化。
       如果烟煤中加碱金属盐类活化,那么不单用水蒸气活化,而要用含二氧化碳的混合气体活化。
 

 



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