活性碳产品.doc

活性碳产品一.产业的关联度的分析用磷酸复合活化剂法生产竹木屑活性炭，对磷酸复合活化剂配方、用量、炭活化温度、炭活化时间等对活性得率及吸附性能的影响进行研究并进行开发，以减少化学药品的用量、减少传统的化学法生产活性炭时对环境所造成的污染，提高活性炭的质量。活性炭是利用竹木加工下脚料、木炭、各种果壳、果核和优质无烟煤等多种主要原料，经过炭化，活化、酸洗、漂洗、干燥、破碎、筛分等一系列工序精制而成。呈黑色粒状、粉状，无毒、无味。因为每1克质量活性炭的表面积高达800-1300平方米，以及能够从其它技术无法进行的含量极微的体系中进行吸附，因此活性炭是一种非常优良的吸附剂，它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质，达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。活性炭广泛应用于化学化工行业、医学制药行业、食品加工行业、酿酒饮料行业、黄金等贵金属提炼行业、维尼纶催化载体等工业生产方面的脱色、精制、除臭去味、去污提纯、以及饮用水的净化、工业污水的处理、空气净化、工业脱硫、土壤改良，是工农业生产、国防科技领域不可缺少的重要基础原料。随着世界工业的高速发展，它的应用范围不断扩大，国内外市场年需求量约600多万吨且极具发展前景。木质活性炭是我国活性炭产品出口的强项，主要是因为这两种产品在我国原料价格低廉，生产工艺成熟，在价格上极具竞争力，成品价格仅相当于欧美的原料价格。活性炭产品的应用方向及领域： 石化行业无碱脱臭（精制脱硫醇）一重催的精制装置乙烯脱盐水（精制填料）一乙烯装置催化剂载体（钯、铂、铑等）一苯乙烯、连续重整装置水净化及污水处理一上水及下水的深度处理 电力行业电厂水质处理及保护一锅炉装置 化工行业化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、及油脂等的脱色、精制 食品行业 饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色黄金行业黄金提取一适用炭浆法、堆浸法提金工艺尾液回收一金矿的废物利用及环境保护 环保行业用于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化 相关行业香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制备等。活性炭纤维系列产品的种类与应用1活性炭纤维：具有比表面积大，细小微孔多，吸附性能好，脱附速度快等特点。己广泛应用于各个领域，如：溶剂吸收、空气净化、水处理、除味、除臭器、催化剂载体、电极材料等，制成的活性炭纤维布可用于血站的血液过滤。2炭纤维复合毡、布：采用无纺布针刺及喷胶高温粘合的方法制成纺织品基础材料。产品特点：a、充分发挥活性炭纤维的高效吸附性能，避免有毒有害气体的侵害，保护人体不受伤害b、重量轻。具有穿着舒适，手感好，再生性能优越等优点。C、克服了活性炭纤维强度低、易脱落等特点。可制成防化服、药品、化工行业生产工人所穿防护服，办公室、会议室、展览馆、画廊、汽车内等场所吸附装饰材料等，亦可用于空气净化产品。3电容器组件材料：活性炭纤维布具有高比表面积、细小微孔多、电容量大、使用寿命长等特点，已用于军工超大容量电容器的生产，效果良好。4炭丝强化材料：产品特点a、高强高效抗拉强度高于普通的十倍以上，强性模量与钢材较为接近，优异的抗蠕变性能，耐腐蚀性和抗震性；b、重量轻、柔韧性好碳纤维材料的比重仅为钢的1/4，柔韧性好；c、施工便捷，施工质量容易保证不须大型机具，无须其他固定设施，同钢板相比施工质量易保证；d、好的耐久性和耐腐蚀性耐酸、碱、盐及大气环境的腐蚀，不须定期维护。应用领域：混凝土梁抗弯、抗剪加固；混凝土楼板、板桥加固补强；混凝土、砖砌体墙，剪刀墙补强；桥墩、桩等柱加固补强；烟囱、隧道、水池、混凝土管等补强。 家用活性炭系列产品的种类与应用：1 高效活性炭吸附剂：功效：对各种装饰材料所释放的甲醛、苯、氡气、TVOC等有害人体健康的气体具有吸附净化之功能，对各种异味臭味去除功效明显。用 途：新家居、写字楼、宾馆、空调间、卫生间、娱乐场所、新家具、汽车等。2 家用净水炭：功效：能有效去除自来水中的悬浮物、铁锈、氯气和水垢等对人体有害的物质及异味，保留有益矿物质和微量元素，提高水质，增加水的口感。用途：饮水机、净水器活性炭更换、过滤器炭棒新旧替换。3 地板木铺装活性炭：功效：防臭、防潮、防腐、抗霉、防虫、防蛀。用途：用于家庭装修、写字楼、公共场所、实木地板铺装配套等。4 气相活性炭除味包功效：对各种异味臭味等有害气体有去除作用。用途：新楼房、新家俱、书橱、靴柜、厨柜等。5 活性炭除味盒：功效：对苯、甲醛、氨气等各种有害气体以及各种异味、臭味有明显去除作用。用途：新装修居室、宾馆、卫生间、新家具、冰箱、汽车、娱乐场等，。二、磷酸复合活化剂法生产活性炭的工艺特点（1）磷酸复合活化剂的润胀作用木屑等植物原料中总纤维素的含量达60%70%。在低于200的温度下，磷酸复合活化剂的电离作用能使木屑等植物原料中的纤维素发生润胀，并将持续到纤维素分散成胶体状态为止。与此同时还会发生些水解反应和氧化反应，使高分子化合物逐渐解聚，形成一部分解聚化合物与磷酸复合活化剂组成的均匀塑性物料。当用磷酸复合活化剂和木屑生产颗粒活性炭时，磷酸复合活化剂屑料在150-200下进行预处理，就能得到塑性物料。如果磷酸复合活化剂屑比较高，物料在100以下就能塑化。原有活化剂的润胀作用必须在200以上才能使物料塑化。（2）磷酸复合活化剂的脱水作用气体活化法，采用含氧气体作为活化剂，在高温下与炭产生氯化还原反应，生成一氧化碳、二氧化碳和其他碳氢化合物，以除去氢、氧原子。磷酸复合活化剂之活化过程的主要反应与气体活化法截然不同，磷酸复合活化剂的作用改变了炭、活化反应历程，碳中的氢和氧以水的形式脱除，而不是按通常的热解反应形成各种酸类、醇类、酚类等合碳有机挥发物。同时还能抑制焦油的产生，更多地保留了原料中的碳素。这可以从磷酸复合活化剂法制活性炭的得率加以证实。原枓木屑的一般元素组成是：C一一49.5%，H3.3%，044%。活性炭的理论得率应是49.5%，由于木屑活化过程中甲基氧和乙酰基氧等脱离而损失部分碳，因此实际得率为35%40%，若以原料木屑中碳元素含量为100%，则磷酸复合活化剂法的活性炭得率高达70%80%，而气体活性法的活性碳元素得率（以原料中碳含量计）只有磷酸复合活化剂法的三分之一左右。如果木屑中的氢和氧在炭化过程中多数是以碳氢化合物或含氧的有机化合物的形式分解，活性炭的得率不可能有这样高，只有多数氢和氧以水的形式脱除这一事实才能得到解释。说明磷酸复合活化剂具有很强的脱水作用。磷酸复合活化剂强脱水作用使活性炭的得率是气体活化法的三倍。（3）加速炭、活化过程炭、活化需要在一定温度下进行，原料炭化和气体活化即使直接加热也是通过烟道、空气或水蒸汽作为载热体的，这些气体的导热系数很低，较液态磷酸复合活化剂的导热系数要低十几倍，较固体磷酸复合活化剂低的更多。此外，由于磷酸复合活化剂对木屑的润胀作用，它能渗透到原料颗粒内部，使原料受热均匀。因此，浸渍过磷酸复合活化剂的木屑升温快而且均匀，不发生局部过热。一般磷酸复合活化剂炭、活化时间为l3h，而水蒸汽活化法则需要5072h，大大的减少了活化时间。（4）改变了炭化反应历程本质原料炭化时，除了产生低分子化合物，如醋酸、甲醇及其他酮、醛、酷外，还产生大约占原料10% 15%的木焦油，炭化产生的气体呈赤橙色，冷凝后得到黑褐色粘稠液体，具元素组成见表3-1 。表3-1 木焦油元素组成木焦油名称元素组成%CHO松根焦油81.158.8211.03气化焦油79.375.4512.18溶解焦油52.545.2941.26由表3-1可知，木质原科仕灰化时生成大量的焦油而降低碳的得率。浸渍过磷酸复合活化剂的木屑料炭化时，产生少量的焦油。有人曾把添加或不添加化学药品的杉木屑，分别进行炭化，其结果见表3-2表3-2杉木屑在添加化学药品后，进行干馏产生气体的温度和馏出液的颜色药品种类产生气体速度大的温度范围馏出液的颜色不加药品250350赤橙加CACL2（占木屑重100%）250350赤褐加ZnCl2（占木屑重100%）150300淡黄加P20s（占木屑重100%）100280淡黄加NaOH（占木屑重100%）170350赤褐从表3-2可以看出，木屑加ZnCl2和P205（H3P04）后，炭化温度大大降低，焦油颜色明显变浅，说明磷酸复合活化剂改变了木屑的炭化反应历程。它使木屑加热分解主要不是生成碳氢化合物和含氧的有机化合物，或者说把生产的焦油等含氧有机化合物已经很好地分解了。（5）磷酸复合活化剂的芳香缩合作用对磷酸复合活化剂活化法初期所生成的产物进行分析测定，结果认为一部分原料是在液相炭化而形成了炭的结构，称这种作用为芳香缩合。用木屑或纤维素作原料，以15%65%的磷酸复合活化剂水溶液在140温度下浸渍，然后将溶剂抽出物用紫外吸收光谱法进行分析测定结果发现有葡萄糖、醛糖、糖醛酸和糖酸等一些分子量约为160_240的物质。这些物质在更高的温度下（300以上）炭化成炭的组成部分。由此推测，木屑原料最初被ZnCl2溶溶液水解并低分子化。接着催化脱水，并促进中间产物糖醛酸和醛糖缩合成缩醛，受热后进一步环芳香族化，这种凝缩类炭在磷酸复合活化剂溶液中不溶解，而在沽化过程中形成炭的乱层微晶结构。还要指出的是，在这期间，磷酸复合活化剂呈液体状态，具有流动任，当灰分子重排时，不起阻碍作用，并还有利于炭的孔隙结构的形成。磷酸复合活化剂加快了炭的孔隙结构的形成。（6）磷酸复合活化剂的骨架作用研究者作认为磷酸复合活化剂在炭化时形成骨架，给新生碳提供沉积的骨架。新生碳具有初生的键，对无机元素有吸引力，能使碳与无机元素牢固地结合在一起，就象用含碳物质烧锅炉一样，吸附在锅炉壁上的炭很难用机械方法除去。当用酸和水把无机成分溶解洗净之后，碳的表面便暴露出来，成为具有吸附力的活性炭的内表面积。磷酸复合活化剂使活性炭的硬度增加了。综上所述：磷酸复合活化剂的润胀作用使物料在100以下就能塑化，大大力口快炭化速度；磷酸复合活化剂的脱水作用，磷酸复合活化剂的作用改变了炭、活化反应历程，碳中的氢和氧以水的形式脱除，而不是按通常的热解反应形成各种酸类、醇类、酚类等合碳有机挥发物。同时还能抑制焦油的产生，更多地保留了原料中的碳素，使活性炭的产量大大提高：加速炭、活化过程，改变了炭化反应过程，使活性炭的过渡孔结构更加合理；磷酸复合活化剂的芳香缩合作用有利于炭的孔隙结构的形成；磷酸复合活化剂在炭化时形成骨架，给新生碳提供沉积的骨架。该技术的应用使产品的性能得到极大的提高，最优活性炭样品的比表面积可达1800平方米克，产量增加了15%，化学用品使用量减少30%，活化温度降低50，大大的节省了能源，减少了活性炭生产对环境的污染。三、活性碳活性炭是一种具有特殊微晶结构、孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强、非极性的炭材料。它作为一种优良的吸附剂，已经广泛应用在制糖、医药、食品、+饮料、化工、电子、农业、人们的衣食住行、国防之类工业部门及环境保护中获得了广泛的应用，而且作为家用净水器、冰箱除臭剂、防臭鞋垫及香烟过滤嘴等制品中的核心材料，已经与人们的日常生活有越来越密切的联系。近年来，随着工业的发展，活性炭吸附法已经成为防治环境污染、净化人类生活环境的强有力手段之一，活性炭用途更加宽广。随着我国经济不断的快速发展；我国对活性炭的市场需要也越来越大。活性炭不溶于水和其它溶剂，具有疏水性。化学稳定性高，能长期保存。除了高温下同氧接触、同臭氧、氯和重铬酸盐等强氧化剂反应外，在绝大多数的实际使用条件下都极为稳定。能在广泛的PH值和多种溶剂中使用，也能在高压和高温的条件下（如在催化合成反应中）使用，还能用来除去放射性物质，以及除去在宇宙飞船上空气、水的密闭系统短时间内性能的恶化。因此，活性炭不仅可以广泛应用于气相领域而且还可广泛应用于液相吸附领域。活性炭主要用于气相和液相领域中的物质的精制、捕集或回收、分离三种。精制是指：在含有主要是有效成分的气体或液体中，用活性炭吸附除去不需要的杂质成分，以提高产品的使用价值的操作。捕集或回收是指：从由几种成分组成的气体或液体中，用活性炭吸附有效的成分，解吸后获得更浓或者更纯产品的操作。分离是指：将几种成分所组成的气体或液体，利用活性炭的吸附作用分离成不同成分或者成分组合的操作，以达到净化的目的。活性发液相处理效果主要列举如下：1)脱色。2) 除去在可见光波长以外，有吸光性的物质。3) 除去发色的前身物质。4) 除去臭味物质或调整香味。5) 除去臭味的前身物质。6) 除去易形成混浊或浊雾的物质。7) 除去泡沫和保泡性物质。8) 除去阻碍结晶析出的物质。9) 除去胶质（多使过滤延长和妨碍结晶析出）。10) 除去保护胶质的物质。11) 除去生理上有害的物质。12) 除去促进产品变质的物质。活性炭表面呈疏水性这一基本性质，使它能从水溶液中吸附各种物质，因此广泛应用在水溶液的净化中。我国的活性炭工业初刨于50年代，通过60-70年代打基础，在80年代得到了蓬勃的发展。我国的活性炭年产量从几十吨发展到今天的30万吨，成为世界的活性炭最大生产国，品种达200个，有多种方法和炉型生产，除个别品种外，基本能满足社会和经济建设的需要。但是同先进的工业国家比较，我国人均活性炭生产量和使用量都只占其十分之一左右，工艺、设备比较落后，品种不够齐全。随着改革开放的深入发展，国家现代化建设的实现，尤其是随着我国对于环境保护的越来越重视，废水和废气排放要求越釆越严格，我国对活性炭的需求量急剧增加。活性炭可以大量利用农林废弃物作为生产原料。我国幅员辽阔，具有大量的农林废弃物。因此，生产活性炭是目前高价值利用农林废弃物的主要方法，同时还可以为农村提供更多的就业机会，提高农林产业的经济效益和社会效益。尤兵是作为我国林业大省的福建，发展以农林废弃物，如木屑，为原料的活性炭产业具有非常重要的意义。由于磷酸活化法具有污染少、活化温度低和能耗低的特点，因此磷酸活化法已成为化学活化法中一种生产活性炭的主要方法。它是目前利用木屑为原料生产活性炭的最佳活化方法。磷酸活化法生产技术经过20多年的发展，其生产工艺和设备技术已经成熟；由于其活化温度低（通常在450。C左右，而其他活化方法在600-950。C之间），而且活化剂磷酸不易挥发分解、毒性小，因此，磷酸活化法的能耗低、对环境的影响小。四，磷酸活化原理磷酸活化生产活性炭的主要原理是，由于磷酸具有较强酸性，可以与木材等植物纤维原料中的纤维素、半纤维素和木质素结厶，促进这些成分的脱水，使木屑等原料中的H,0元累以水的方式除去，而保留了更多的碳原子在活性炭产品中，因此，在木屑原料浸渍瞬酸，可以显著提高活性炭的得率（可以达到40%左右，而氯化锌活化法为30%左右，水蒸气活化法为10-20%），提高木屑等原料的利用率；而且磷酸可以催化木屑的炭化，显著降低活化温度，其活化温度通常只需要450-500。C，显著低于活性炭工业生产的氯化锌活化法（600。C左右）和水蒸气活化法(9500C)。另外，由于磷酸的催化脱水作用，可以显著降低木屑的热分解产物的产物，从而大大降低活性炭生产过程中有机废气的产生。因此，磷酸活化法与目前所采用的活性炭工业生产方法氯化锌活化法和气体活化法相比，具有能耗低、污染少、原料的利用率高等特点，是活性炭生产工业的一种绿色生产技术。因此，目前世界上，包括中国，磷酸活化法得到广泛的应用，已发展成为一种绿色的成熟的活性炭生产技术。五.磷酸活化法生产活性炭的工艺流程磷酸活化法生产活性炭的主要工艺过程是：以木屑为原料，磷酸为活化剂，原料木屑经过筛选和气流干燥，然后将其与一定浓度的磷酸溶液按照一定的浸渍比混合捏合一段时间后，将混合物料送至回转炉中进行炭活化，炭活化温度为450-5000C，炭活化完成后，用水和磷酸梯度液回收活化料中的磷酸，最后进行酸洗、水洗、干燥和包装，制得活性炭产品。六废水处理磷酸活化生产工艺过程中，在磷酸的回收工段和活性炭的漂洗工段需要消耗水。在磷酸的回收工段，目前采用的回收工艺为梯度磷酸液循环回收法，其主要过程是：每一桶炭化料采用多次回收，其回收次数通常在5-6次之间，回收得到的磷酸液的浓度随回收次数的增加而递减，回收得到的不同浓度的磷酸分别放置于不同的磷酸也储存池中。第一次回收得到的高浓度磷酸溶液用泵打回到磷酸溶液的配制工段，用于和木屑原料的浸渍活化，这里面包含在水分在浸渍料的活化过程中受热挥发随废弃在烟囱排出，不会对环境造成污染。而第二、三次回收得到的浓度不断降低的低浓度磷酸溶液依次用于下一批活化料的磷酸回收工段，达到循环利用的目的，完全不需要排放。在回收工段的最后一次回收中，采用清水回收。因此，回收工段所需要增加的水来源于最后一次回收所需要使用的清水，它们将主要以炭活化工段中由于受热挥发而以气体从烟囱排放，其他的水分是在不断的循环使用。在回收工段将不会有废水排放。 在活性炭的漂洗工段，是活性碳生产过程中产生废水的主要来源，且漂洗后它们含有少量的盐酸以及漂洗炭得到的微量铁等金属离子，这些金属离子主要来源于木屑原料和生产过程中铁容器的器壁，因