磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團(tuán)為主 ,對(duì)堿性物質(zhì)吸附較好;KOH、K2CO3等堿性活化劑制備的活性炭表面以堿性基團(tuán)為主,適合于吸附酸性物質(zhì);而采用CO2、H2O等物理活化方法制備的活性炭表面官能團(tuán)總體呈中性?;钚蕴课绞侵咐没钚蕴康墓腆w表面對(duì)水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用,以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。活性炭的吸附能力與活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),顆粒越小,孔隙擴(kuò)散速度越快,活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。吸附能力和吸附速度是衡量吸附過(guò)程的主要指標(biāo)。吸附能力的大小是用吸附量來(lái)衡量的,吸附速度是指單位時(shí)間內(nèi)單位重量的吸附劑所吸附的量。在水處理中,吸附速度決定了吸附劑與污水的接觸時(shí)間。也有巨大的表面積,每克活性炭的表面積為500~1500m2。洛陽(yáng)載體活性炭生產(chǎn)廠家
活性炭是由木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳的原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成,具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團(tuán),特異性吸附能力較強(qiáng)的炭材料的統(tǒng)稱。 [2] 通常為粉狀或粒狀具有很強(qiáng)吸附能力的多孔無(wú)定形炭。由固態(tài)碳質(zhì)物(如煤、木料、硬果殼、果核、樹脂等)在隔絕空氣條件下經(jīng)600~900℃高溫炭化,然后在400~900℃條件下用空氣、二氧化碳、水蒸氣或三者的混合氣體進(jìn)行氧化活化后獲得。炭化使碳以外的物質(zhì)揮發(fā),氧化活化可進(jìn)一步去掉殘留的揮發(fā)物質(zhì)。許昌載體活性炭模具活化加工制備而成,具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。
活性炭中的灰分組成及其含量對(duì)炭的吸附活性有很大影響?;曳种饕蒏2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等組成,灰分含量與制取活性炭的原料有關(guān),而且,隨炭中揮發(fā)物的去除,炭中的灰分含量增大。 [3] 截止2007年,世界活性炭年產(chǎn)量達(dá)900kt,其中煤基(質(zhì))活性炭占總產(chǎn)量的2/3以上;而中國(guó)年產(chǎn)量已突破400kt,居世界**,美國(guó)、日本等也是世界主要的活性炭產(chǎn)出國(guó)。根據(jù)活性炭的外形,通常分為粉狀和粒狀兩大類。粒狀活性炭又有圓柱形、球形、空心圓柱形和空心球形以及不規(guī)則形狀的破碎炭等。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了許多活性炭新品種,如炭分子篩、微球炭、活性炭納米管、活性炭纖維等。
在制備過(guò)程中,具有氧化性的高溫活化氣體無(wú)序碳原子及雜原子首先發(fā)生反應(yīng),使原來(lái)封閉的孔打開,進(jìn)而基本微晶表面暴露,然后活化氣體與基本微晶表面上的碳原子繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng),使孔隙不斷擴(kuò)大。一些不穩(wěn)定的炭因氣化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物氣體,從而產(chǎn)生新的孔隙,同時(shí)焦油和未炭化物等也被除去,**終得到活性炭產(chǎn)品?;钚蕴堪l(fā)達(dá)的比表面積則源自中孔、大孔孔容的增加,形成的大孔、中孔和微孔的相互連接貫通。由于物理法工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單,產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主,對(duì)環(huán)境污染較小,而且**終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、應(yīng)用范圍廣,因此世界范圍內(nèi)的活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。炭活化過(guò)程中產(chǎn)生大量的余熱,可滿足原料烘干、余熱鍋爐制高溫蒸汽、產(chǎn)品的洗滌烘干等所需熱能。通常為粉狀或粒狀具有很強(qiáng)吸附能力的多孔無(wú)定形炭。
KOH活化法是20世紀(jì)70年代興起的一種制備高比表面積活性炭的活化工藝,其活化過(guò)程是將原料炭與數(shù)倍炭質(zhì)量的KOH或NaOH混合,在不超過(guò)500℃下脫水后于800 ℃左右煅燒若干時(shí)間,冷卻后將產(chǎn)品洗滌至中性即可得到活性炭。反應(yīng)機(jī)理是活化過(guò)程中被消耗的炭主要生成了碳酸鉀,同時(shí)在800℃左右,被炭還原的金屬鉀(沸點(diǎn)762℃)析出,金屬鉀的蒸氣不斷進(jìn)入碳原子所構(gòu)成的層與層之間進(jìn)行活化,這兩個(gè)反應(yīng)使產(chǎn)物具有很大的比表面積。 [2] KOH法活性炭主要應(yīng)用在超級(jí)電容器領(lǐng)域。以椰殼為主要原料所制得的活性炭比表面積可接近3000m2/g,比電容可超過(guò)200F/g,同時(shí)還可表現(xiàn)出非常優(yōu)良的儲(chǔ)氫和儲(chǔ)甲烷能力,在77K 和100kPa的情況下,儲(chǔ)氫量可達(dá)到2.94%,壓力提高至1MPa,儲(chǔ)氫量可達(dá)4.82%。炭化使碳以外的物質(zhì)揮發(fā),氧化活化可進(jìn)一步去掉殘留的揮發(fā)物質(zhì)。河南醫(yī)藥用水活性炭生產(chǎn)廠家
以減少非碳成分(此過(guò)程稱為炭化),然后與氣體反應(yīng),表面被侵蝕,產(chǎn)生微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu) 。洛陽(yáng)載體活性炭生產(chǎn)廠家
活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無(wú)定形碳三部分組成,其中石墨微晶是構(gòu)成活性炭的主體部分。活性炭的微晶結(jié)構(gòu)不同于石墨的微晶結(jié)構(gòu),其微晶結(jié)構(gòu)的層間距在0.34~0.35nm之間,間隙大。即使溫度高達(dá)2000 ℃以上也難以轉(zhuǎn)化為石墨,這種微晶結(jié)構(gòu)稱為非石墨微晶,絕大部分活性炭屬于非石墨結(jié)構(gòu)。石墨型結(jié)構(gòu)的微晶排列較有規(guī)則,可經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為石墨。非石墨狀微晶結(jié)構(gòu)使活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu),其孔隙結(jié)構(gòu)可由孔徑分布表征。活性炭的孔徑分布范圍很寬,從小于1nm到數(shù)千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類:孔徑小于2nm為微孔,孔徑在2~50nm為中孔,孔徑大于50nm為大孔。洛陽(yáng)載體活性炭生產(chǎn)廠家
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