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      活性炭的用途

      更新時間:2021-03-18 點擊數:86

            一種經過活化,具有發達的孔隙結構、很大的比表面積(可達1500平方米/克以上)和巨大的吸附力的炭。用不同方法制得的活性炭,具有不同形狀和大小的孔隙以及性質不同的表面官能團,因而有選擇性吸附的能力,能從多組分的氣體和液體中吸附和分離其中某些成分。它是工業生產、科學研究、軍工國防和人民生活中廣泛使用的吸附劑。

      簡史

            據埃及古書記載,遠在公元前1550年以前炭就在醫學上應用。在中國長沙馬王堆西漢墓(公元前190~前110年)中發掘出完好的女尸,木槨四周及上部填塞木炭,厚30~40厘米,約5000多千克,這是對炭的吸附性能的應用。在工業上生產活性炭,是從1900~1901年荷蘭科學家奧斯特利杰科(Raphael von Ostrejko)取得化學藥劑法和氣體活化法等的專利開始的。第一次世界大戰時,活性炭開始用于防毒面具,并且提出了著名的吸附理論,如毛細管凝聚理論,吸附等溫線和孔徑分布學說,單分子層和多分子層吸附理論等,這些理論研究加深了對活性炭的認識,促進了活性炭生產的發展和應用領域的擴大。到30年代,活性炭生產已成為一門工業,40年代后提出的活性炭孔隙分類法和以吸附勢理論為基礎的微孔充填理論都獲得實際的應用。在中國1932年才開始研究活性炭的生產工藝,到50年代逐漸形成活性炭工業。

      種類

            活性炭種類繁多,按其外形可分粉狀炭、顆粒炭和纖維狀炭,以及活性炭紙、活性炭布、活性炭板等制品;按其用途可分氣相吸附炭、液相吸附炭、催化劑和催化劑載體炭等;按其生產方法可分物理炭、化學炭。

      活化原理

            活化方法有氣體活化法和化學藥劑活化法兩類。氣體活化法又稱物理法。含碳物料用一些氧化性氣體如水蒸氣、二氧化碳(或煙道氣)或氧氣(或空氣)作為活化劑,在高溫下進行活化制造活性炭。木材在炭化過程中常有一些焦油物質殘留在木炭中,在活化過程中,活化劑可以使殘留的焦油和其他含碳化合物氧化分解,清除表面的雜質,使原來被堵塞的孔隙開放;活化劑也能侵蝕炭的表面,形成新的孔隙,原來孔隙之間的薄壁有可能被燒失,使孔隙擴大,從而形成非常發達的孔隙結構,使比表面積大大增加和提高了炭的吸附力?;罨枰臏囟纫蚧罨瘎┓N類而不同,用水蒸氣活化的溫度約為800~950℃,用煙道氣活化時約900~950℃,用空氣作活化劑時,由于在高溫下碳和氧的反應非常劇烈,一般在600℃左右活化。

            化學藥劑活化法多用氯化鋅作為活化劑。主要利用氯化鋅在高溫下對植物原料中的纖維素起潤脹、脫水、侵蝕和溶解作用,而使其形成孔隙,達到活化的目的。氯化鋅法一般能制得過渡孔比較發達的活性炭,適用于糖色等大分子雜質的去除。用氯化鋅法制造活性炭時,鋅屑比(無水氯化鋅與絕干木屑重量之比)對制得活性炭的孔隙大小有很大影響,鋅屑比大時,可以制得過渡孔較發達的活性炭;鋅屑比小時,可以制得微孔較發達的活性炭。幾乎所有的含碳物質都可以經過不同的工序制成活性炭。

      原料

            林業和農業植物原料,包括木炭、木屑、果核、果殼等(其中木屑和木炭是傳統原料,椰子殼是最佳原料);礦物原料,包括煤、石油瀝青、石油焦炭等;城市含炭廢料,主要指水解木質素、浸提栲膠后的淺渣、制漿廢液、廢橡膠和塑料等。

      制造工藝

            活性炭的制造工藝主要有氣體活化法和化學藥劑活化法。氣體活化法可以制造粉狀活性炭,也可以制造顆粒炭。制造粉狀炭一般用小炭粒進行活化,然后將活化炭磨碎成粉狀;制造顆粒炭則用炭質較硬的炭粒(如果殼炭)或炭粉加粘結劑成型得到的炭粒進行活化制造活性炭。


      圖1氣體活化法

            制造活性炭的主要設備是活化爐。在中國,氣體活化法常用鞍式爐,也有用多管爐、流態化爐和轉爐。美國還用多層爐等。鞍式爐(圖1)是由活化爐爐體、左右兩個蓄熱室和煙囪組成?;罨癄t爐體是用馬鞍形和其他異形耐火磚砌成的有許多活化道的方形爐(圖2),分為左右兩個半爐。原料炭裝入爐頂的原料槽內,借重力沿活化道緩慢下降,順序經過預熱段、補充炭化段、活化段和冷卻段,最后由下部卸出。用卸料的間隔時間長短來控制炭料的下降速度。水蒸氣活化劑送入左蓄熱室下部,被預熱到1000~1100℃后送入左半爐,經活化段與原料炭直接接觸使其活化。由于活化反應是吸熱反應,使爐溫不斷下降?;罨玫降幕旌蠚怏w轉入右半爐,在爐子的不同位置上通入二次空氣,使可燃氣體燃燒,產生的熱量使爐溫上升,混合氣體使右半爐的木炭活化。逸出的高溫煙道氣進入右蓄熱室,使其中的格子磚加熱升溫后排入煙囪。每隔30分鐘將煙道、空氣和水蒸氣的閘閥切換一次,這時水蒸氣送入右蓄熱室按完全相反的方向流動,這樣,可以使左右兩半爐交替升溫和降溫,經常保持在活化需要的溫度范圍內。正常的活化溫度為850~950℃。必須注意保持活化爐的正壓操作?;罨癄t卸出的活化料經除砂、破碎、篩選、酸洗、水洗、脫水、干燥等后處理工序即可得活性炭成品。

      化學藥劑活化法

            一般用氯化鋅作活化劑,多用來制造粉狀活性炭,也能制得顆?;钚蕴?。制造粉狀活性炭的設備常用平板爐和回轉爐,制造方法是將木屑用一定濃度(一般糖用炭為50~57°Be′/60℃,藥用炭為45~47°Be′/60℃)的氯化鋅溶液浸漬,然后進行炭化和活化?;罨瘻囟纫话阍?00℃以下,活化料進行回收氯化鋅、漂洗、離心脫水、干燥和磨碎即可制得粉狀活性炭。氯化鋅法的產品得率比氣體活化法高,能在較低溫度下進行活化,通過工藝上的調整可以生產出性質不同的活性炭。但在生產過程中容易造成氣相和水質污染,必須對廢氣和排水進行環保處理。

      應用

            活性炭的應用范圍非常廣泛,在氣相吸附中,用于從廢氣中除去有害氣體,環境保護中的空氣凈化,回收溶劑,排煙脫硫,原子輻射的防護和除去原子能設施中逸出的核裂變放射性物質和放射性碘、氪、氙等。在液相吸附中,用于食品工業中的葡萄糖、飴糖、食糖、乳制品、食用油、果汁飲料、酒類、食品添加物如味精、檸檬酸、瓊脂、果膠和其他食品的精制凈化;醫藥工業中各種藥物和針劑的凈化精制;化學工業中各種化學藥品、工業用油劑等的精制、凈化和回收;廢水處理,用水處理;合成纖維工業、石油精制等,以及用作催化劑和催化劑載體等。

      趨勢

            在世界范圍內,對顆?;钚蕴康男枨笤鲩L較快,特別是環境污染問題隨著工農業生產的發展越來越突出,對廢水和廢氣處理用活性炭的需求日益增大,將促進活性炭工業的發展。



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