活性炭是一種具有發(fā)達孔隙結構、巨大比表面積和優(yōu)良吸附性能的炭材料,在各行各業(yè)具有廣泛而重要的用途。一般來說,只要是富含碳元素的物質(zhì)均可作為制備活性炭的原料,主要可分為兩大類:植物類和礦物類。植物類有:木材、椰殼、胡桃殼、杏核、橄欖核、稻殼等;礦物類有:無煙煤、瀝青、石油焦等。活性炭制備通常需要經(jīng)過炭化和活化兩個階段,其中活化過程非常關鍵,目前活化的方法主要分兩大類:物理活化和化學活化。
物理活化法:
物理活化法是將原材料經(jīng)過炭化后再進行活化,在碳材料表面和內(nèi)部形成發(fā)達的微孔結構。它一般分兩步進行:首先對原料進行炭化處理,以除去其中的可揮發(fā)成分,使之生成富碳的固體熱解物,然后用合適的氧化性氣體(如:水蒸氣、CO2、O2或空氣)對熱解物進行活化處理?;罨梢允垢惶嫉臒峤馕镩_孔、擴孔和創(chuàng)造新孔,從而形成發(fā)達的孔隙結構。影響物理活化效果的因素主要包括:原材料性質(zhì)、原料粒徑、碳化和活化條件(活化溫度、活化時間、活化劑種類、活化劑流量等)。物理活化法生產(chǎn)工藝簡單,不存在設備腐蝕和環(huán)境污染等問題,制得的活性炭免清洗,可直接使用,用途廣泛。如何加快反應速度、縮短反應時間、降低反應能耗是開發(fā)物理法活化工藝的關鍵。
化學活化法:
化學活化法是指將化學藥品加入到原料中,然后在惰性氣體的保護下加熱,同時進行碳化和活化的方法。相對于物理活化法,它具有活化時間短、活化反應易控制、產(chǎn)物比表面積大等優(yōu)點,成為現(xiàn)今高性能活性炭的主要生產(chǎn)方法?;瘜W活化法因原料不同制造方法各有差異,但其工藝流程基本一致。
比較:
物理活化和化學活化都有各自的優(yōu)勢和不足,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,更適合于液相吸附和氣相中分子量和分子直徑較小的物質(zhì)。且物理活化生產(chǎn)成本相對較低,對環(huán)境無污染。但因其依靠氧化碳原子形成孔隙結構,故活性炭的收率不高,且活化溫度較高?;瘜W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)化學活化劑的配比來進行控制,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)。但化學活化對設備腐蝕性大,污染環(huán)境,若清洗不徹底,會造成活化劑的殘留。如何在保證活性炭產(chǎn)品性能的基礎上,開發(fā)工藝簡單、環(huán)境友好、節(jié)能、高效的活化新工藝,是活性炭行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的重要發(fā)展方向。