煤制活性炭的技术研究.doc

煤制活性炭的技术研究应用技术煤制活性炭的技术研究史建华贵州省煤炭产品质量监督检验所贵州六盘水553001摘要:活性炭是一类具有巨大的表面积,丰富的孔隙结构,同时含有多种表面化学官能团的,呈疏水性的非纯型,具有复杂结构的碳质吸附剂,其吸附作用是借由物理性吸附力与化学性吸附力达成.下面本文对煤制活性炭的技术进行了探讨.关键词:活性炭;煤;制作一,活性炭的特点与功能活性炭是众多工业吸附剂中的一种,是一种多功能性吸附剂.它是由80%以上的固定碳,以及少量的氧,硫,氮,氢等非金属元素,和数量,组成不等的金属及非金属氧化物或金属盐类共同组成的一种以乱排的有机石墨状二元结晶结构为主,夹杂少量无机矿物质的非纯碳材料.由于活性炭中存在大量无规则排列的螺层状晶体结构,使各微晶结构之间形成了形状不同,大小不等的众多空隙,而使其拥有丰富的孔隙结构和表现出优越的吸附功能.活性炭的性质稳定,能耐酸,耐碱,并经受水浸,高温和高压的作用,使用失效以后可以再生活性炭最显着的特性是吸附性,在气相或液相中可以有效地吸附其中某些气体和物质,达到分离和提质的目的,因而活性炭被广泛应用于各工业部门和日常生活中.活性炭的这一特性是由其发达的孔隙结构和巨大的比表面积决定的.一般比表面积大的吸附能力也大,但比表面积相同的活性炭,吸附能力也可能有很大差别,这是由于活性炭的孔隙形状和孔径分布,表面化学性质和灰分不同等原因所致.活性炭的孔径分布范围较广,能吸附分子大小不同的各种物质,尤其是非极性的有机物质.一般微孔发达的活性炭适用于气体吸附,过渡孔较发达的活性炭适用于液相吸附.活性炭吸附具有可逆的物理吸附,其次是化学吸附,这主要取决于活性炭的表面性质以及吸附质的性质等因素.活性炭的吸附性不仅受其孔隙结构的影响,而且也受其表面化学性质的影响.活性炭的有机部分决定表面的化学性质,它通常是与作为重要因素的表面积相关地来考虑.活性炭上的表面氧化物,通常分为碱性和酸性两类.碱性的表面氧化物在液相吸附中能吸附酸性物质,而不吸附碱性物质.相反的,在液相吸附中酸性表面氧化物易吸附碱性物质.二,煤制活性炭的制备方法1,物理活化法物理活化法是将碳化材料在高温下用水蒸气,二氧化碳,空气等氧化性气体与含碳化合物反应,在内部形成发达的微孔结构.物理法在制各过程中不引入化学试剂,已经在工业上得到广泛应用.活化剂与部分碳原子发生反应,这些反应导致碳的烧失,并使己在炭化过程中被打开的微孔尺寸增加,同时封闭的孔亦被打开,炭的表面积急剧增大,当炭中微孔的孔壁刚刚开始被烧毁时,表面积达到最大值,进一步活化时表面积开始减小,大中孔隙率开始增加.二氧化碳分子较水蒸汽分子有较大的分子直径,所以二氧化碳在多孔体系中的扩散速度较慢,且较难进入炭的微孔.活化赋活的过程非常复杂,实际上有许多反应都同时发生了.对于煤质活性炭而言,几乎所有的商业化生产均采用气体活化法.气体活化法是利用活化气体进行碳的弱氧化作用,使碳化料的孔隙疏通,进而扩大,发展,从而形成活性炭特有的多孔微晶结构.由此可见,孔隙的生成与碳的氧化程度有直接关系.由于煤炭化学成分的复杂性,其中许多的杂质对活化的影响均不容忽视,例如煤中的金属成分如钾,钠,钙,铁及其氧化物会对水煤气反应起正催化作用,而一些非金属元素或金属元素及其盐类或氧化物又会抑制化学反应的有效进行.目前已从煤炭中检出的元素种类多达8O余种,它们以及它们的各种盐类或氧化物对活化主反应的影响,以及对最终活性炭应用性能的影响都尚未完全弄清楚,从这点上来讲,活化的机理还远未搞清2,化学活化法化学活化法是将含碳材料用化学药品浸溃后在适当的温度下,经过炭化,活化制取活性炭的一种方法.化学活化法有两个工艺流程,一个是将原料浸渍后直接进行加热处理制成活性炭.这个工艺流程适用于粉状炭泥煤和木屑等原材料均适于这种方法.第二个工艺流程是原料在浸溃后经过挤压成型然后进行加热处理,制成成型活性炭.化学活化法具有产品收率高,活化温度低,能制得具有独特性能(过渡孔发达)的活性炭的特点.但化学活化法不如气体活化法流行,因为有以下缺点:(1)各工序产生酸性气体,尤其是氯气,容易腐蚀金属材料及造成环境污染;(2)设备材料要耐药品腐蚀,造价高;(3)生产比较复杂,难于大量生产和自动化,而且工艺和设备上问题多;(4)化学活化剂难以完全回收,因此有一部分重金属离子会残留在活性炭上,影响到活性炭的性能,使其用途受到限制.到目前为止,虽然有许多化学药品用于活性炭的制备中,但工业生产上是氯化锌,磷酸和硫化钾占主导地位.此外,还可以利用具有脱水能力的化学物质进行活化.化学活化法常用的一部分具有催化作用的活化剂见表1.表1常见的化学活化试剂类别品种酸类盐酸,氢澳酸,硝酸硼酸等碱或Na2O,NaOH,CaO,KOH,碱类Ca(OH):磷的氧化物)氧化物砷的氧化物(v)等ZnCI2,MgC12,CaCL,:NH4CI,盐类AICIhKMno4,K2CO2,镍盐,硼酸盐总之,不同的原料用不同的方法制得的活性炭,其物理化学性能之间有一定的差异.石油焦,焦碳,粉焦或半焦焦粉等都已被研究,石油焦经过简单的过热水蒸气工即可制成印染废水的净化材料.利用糠醛渣生产的活性炭其硫容量很高,于气体脱硫有很好的效果.中温煤焦屑也可以生产出净化含酚废水用的廉价的含碳吸附剂(其含碳量只有30一70%1a3,化学物理活化法一化学物理活化法,就是将化学活化法和气体活化法结合起来为了用来制造特殊孔隙分布的活性炭.首先在活性炭原料中加入一定数量的化学药品(即添加剂)然后加工成型,再经过炭化和气体活化,制造出具有特殊性能的优质活性炭.日本学者目黑竹司等人利用澳大利亚褐煤为原料经化学物理活化法制备活性炭,获得比表面积大于800m3/g的活性炭.这种活性炭主要是用来处理含有容易使孔隙阻塞的物质的工业用气体,例如从城市煤气中回收苯时城市煤气中的二烯烃就能将活性炭孔隙阻塞而使活性炭很快失效,使用化学物理活化法制成的活性炭便可以防止这种不良倾向.一般情况下,首先采用进行化学活化再进行物理活化法可以成功制备超级活性炭.例如:用化学活化桃核,比表面积达到1000m2/g一2000m2/g,用二氧化碳进行物理活化,可进一步开孔和拓孔,用此法制备的超级活性炭比表面积最高可达3000m/g.4,其它制备方法近年来,新的活性炭制备方法还有流化床一步法制造活性炭和快速炭化活化法等.流化床一步法制造活性炭是近年来发展的煤制活性炭新工艺.该法将原料筛分后直接送入流化床,在初始流化速度下炭化和活化,活化温度和活化气体分布均匀,可有效地活化反应原料.既可处理粉状原料又可处理粒状原料,生产工艺还简单,受到了高度重视.研究证明,利用快速热解工艺可以生产廉价的活性炭,这种活性炭有良好的吸附性能,使用后不需再生,可直接用作气化原料.澳大利亚,波兰等国对褐煤制取活性炭也做了大量的研究工作.已有的实验研究结果表明快速热解可显着提高活性炭比表面积,在快速热解过程中引入高温水蒸气介质,对活性炭表面结构有显着影响.三,结语总之,目前,全世界用于环保领域的活性炭占总量的60%以上,而我国还不到10%,在很大程度上制约了活性炭工业的发展.今后,随着我国工业的蓬勃发展,生活条件的改善,环境保护的加强,都将刺激活性炭工业的发展,也必将有更多先进