物理法生產(chǎn)活性炭過程中應注意的問題
前文已提到根據(jù)杜比寧的觀點，當氣化損失率小于50%的時候?qū)⒌玫揭晕⒖诪橹鞯幕钚蕴?氣化損失率大于75%時則得到以大孔為主的活性炭;氣化損失率介于二者之間時則得到的活性炭兼具微孔和大孔結(jié)構(gòu)。一般氣體活化法得率為20%~30%，因此原料總利用率只有10%左右，其余部分已隨活化反應尾氣逸出。因此在產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡可能提高原料利用率是獲得大經(jīng)濟效益的關鍵。有研究表明在原料炭化還有活化過程中加入一些化學試劑均可提高反應得率，例如，木材炭化過程中加入一定量的磷酸可以使得率由39%提升至45%，纖維素炭化過程中加入一定量的磷酸鹽亦可大幅提高炭化得率。
此外在氣體活化法中，所產(chǎn)生的尾氣中含有CO、Hz等高熱值氣體，并且尾氣溫度也很高。充分利用尾氣的熱量和其中的可燃氣體也是降低成本、實現(xiàn)節(jié)能減排、增加經(jīng)濟效益的有效途徑。

后處理是活性炭生產(chǎn)中產(chǎn)品的精制和均質(zhì)過程，通常包括酸洗和干燥這兩個過程。目的是為了除去活性炭產(chǎn)品中的灰分、鐵及重金屬含量。一般氣體活注制備的氣相吸附用活性炭和廢水處理用活性炭可不需進行后處理，但生產(chǎn)對雜質(zhì)含量要求高的產(chǎn)品則需要進行此過程。
酸洗一般用鹽酸，加入量一般是炭質(zhì)量的10%~30%，在加入至沸騰且充分攪拌的條件下進行。待樣品雜質(zhì)含量達到質(zhì)量要求后再進行多次充分水洗以除去鹽酸。為保護環(huán)境，酸洗中排出的酸霧和酸性廢水均需進行中和處理方可排放。
干燥的目的是控制產(chǎn)品的含水量。干燥設備主要有烘房式干燥器、回轉(zhuǎn)干餐爐等。在干燥過程中，尤其是粉炭的干燥過程應重視粉塵的收集，這樣既可降低產(chǎn)品損失又可消除粉塵污染。

流化床活化法流化床是將體原料置于以較高速度流動的氣體中，使固體顆粒懸浮于流體中，類似于流體狀態(tài)的操作裝置。由于在其內(nèi)固體顆粒狀如沸騰液體，因此也稱為沸騰床。因為固體流態(tài)化之后氣固之間可充分接觸，因此十分利于活化反應的充分進行，也能有效地縮短活化時間，所得到的產(chǎn)品質(zhì)量也較好。在活性炭生產(chǎn)中，流化介質(zhì)為水蒸氣或煙道氣，原料一般是木屑炭化料、果殼炭、煤等。由于需要能夠被一定流速的氣流吹起，因此原料粒徑通常要求小于3mm。按照床的結(jié)構(gòu)可分為單層床式、多層床式和多管床式，其中單床式和多管式應用相對較為廣泛，其結(jié)構(gòu)分別如圖3-13和圖3-14所示，
流化床的基礎理論與實際應用都有廣泛的研究。例如有研究表明流化床良

物理法制備技術與裝置
隨時間的延長先升高后降低，活化時間為3h時可得到具有大碘吸附容量的活性炭產(chǎn)品，
活化氣體流量
活化氣體流量增加則反應速率增加，但當活化劑流速達到一定值后，反應速率將為一常數(shù)而不再增加，當流速較低時，所制得的活性炭微孔容積大，而流速高時微孔容積反而減小，這是由于高流速使炭的外表面燒蝕產(chǎn)生不均勻活化，從而使微孔容積降低，Manochs等在以松木為原料制備活性炭的過程中發(fā)現(xiàn)水蒸氣流量這一因素對活性炭表面化學性質(zhì)和形貌有十分重要的影響，可以通過控制水蒸氣的流量控制孔徑和微孔率[10)。
原料中灰分含量
據(jù)研究表明，堿金屬、鐵、銅等氧化物和碳酸鹽在水蒸氣活化過程中可起到催化作用，因此在活化物料中加入少許此類物質(zhì)可以加快活化反應速率。例如國內(nèi)有專利采用Ca為催化劑，使水蒸氣與碳反應的活化能由185kJ/mol下降到164~169kJ/mol，所得活性炭孔徑分布集中于5~10nm，表3-4為幾種無機鹽在1000℃下對水蒸氣與石墨反應速率的影響[12]。
表3-4 無機鹽對水蒸氣與石墨反應速率的影響
處理條件 灰分 相對氣化速度
無 0.005 1
0.1mol/L Ni( NOs ) 2
0.1molL Fe ( NO3 )2
0.1mol/L Co(NOa):
0.14
0.14
0.14321827
0.02moI/LNHaNO3 Q03 22
注，水蒸氣流量為0.52X10-mol/s,
另據(jù)Holmes和Emmett的研究表明，原料中所含的無機雜質(zhì)在活化過程中常促進孔隙由小變大，而且在0.7~1.0的相對壓力范圍內(nèi)吸附等溫線的斜率有所增加，說明中大孔的比率增加了3)，這與前文提到的金屬在活化過程中的催化作用相吻合。
原料炭化溫度
炭化料的活化反應活性與其揮發(fā)分的含量密切相關，而揮發(fā)分的含量又由炭化溫度決定。圖3-1給出了炭化溫度對碳與CO?的反應活性，可以看出當炭化溫度為600℃左右時所得到的炭化料顯示出高的反應活性、若炭化溫度進一步升高則反應活性明顯下降。此外還有研究發(fā)現(xiàn)碳材料隨著加工溫度的升高，基本微品有增大的趨勢，生產(chǎn)實踐也表明炭化溫度升高則活化過程所需的溫度也相應提高，但石油焦是例外，因為在較高溫度下石油焦容易發(fā)生石墨化轉(zhuǎn)變，形成大面積的石墨晶體結(jié)構(gòu)，難以形成豐富的孔除結(jié)構(gòu)，因此用普通氣體活化法很難得到吸附性能優(yōu)良的活性炭產(chǎn)品，Bouchelta等以棗核為原料制

混合氣體活化法
在活性炭的實際生產(chǎn)過程中常使用的活化氣體是以CO2、HO和O,為主要成分的煙道氣。H:O與碳的吸熱反應可有效防止碳與O:反應時溫度急膜升高而產(chǎn)生局部過熱的現(xiàn)象，反過來碳與0:的反應又可以維持活化溫度，因此只要混合氣體里各成分比例合適，便可以有效地穩(wěn)定活化溫度，使活化反應均勻進行。此外也有觀點認為原料中含有不同的活化位點，這些活化位點對于不同的活化氣體的反應活性也不一樣，有的更易與水蒸氣反應，有的更易與 CO:反應，因此采用混合氣體更有利于制備活性炭。但值得注意的是有研究表明原料中若鉀含量較高則會在含氧的混合氣體中發(fā)生劇烈的燃燒反應而不是活化，這是因為包括鉀在內(nèi)的一些金屬化合物對于氣體活化有催化加速作用。
超臨界活化法
超臨界水是指氣壓和溫度達到一定值時，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時的水。此時液態(tài)水和氣態(tài)水沒有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。超臨界水具有很強的反應活性和廣泛的融合能力。西班牙學者Salvador等用超臨界狀態(tài)水(T。374℃，p.=22.1MPa)取代水蒸氣對木炭、煤、果殼等原料進行了活化處理，發(fā)現(xiàn)超臨界水的活化效果優(yōu)于水蒸氣，例如反應速率提升，活化更均勻[4)。然而超臨界水與碳反應的動力學、反應選擇性及造孔機理等到目前為止均未有深入的研究，蔡瓊等以酚醛樹脂為原料，對比了超臨界水和水蒸氣活化效果，實驗結(jié)果表明超臨界水活化利于中孔的大量形成，而水蒸氣則利于微
活性炭制備工藝
間歇法的平板爐和連續(xù)法的回轉(zhuǎn)爐是生產(chǎn)氯化鋅法粉狀活性炭的主體設備、平板爐法具有設備簡單、投資少、上馬快等優(yōu)點，是國內(nèi)早期氯化鋅法活性炭的主體設備。但此法存在手工操作多、勞動強度大、環(huán)境污染嚴重等問題，導致了此法目前已被淘汰?；剞D(zhuǎn)爐法具有生產(chǎn)能力大、機械化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定等優(yōu)點，是目前國內(nèi)外氯化鋅法活性炭的主體設備，工藝難點在于尾氣處理和氯化鋅回收方面，國內(nèi)尚未有成熟的工藝，日本已實現(xiàn)環(huán)保排放達標生產(chǎn)。
1.工藝流程
連續(xù)法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程，一般由木屑篩選和干燥、氯化鋅溶液配制、配料(或浸漬)、炭活化、回收、漂洗(包括酸處理和水洗)、脫水、干燥與磨粉等工序組成。另外附設的廢氣處理系統(tǒng)，以回收煙氣中的氯化鋅和鹽酸，減少對環(huán)境的污染。常用的生產(chǎn)工藝流程見圖2-6 和圖2-7.
2工藝操作
(1)木屑的篩選與干燥為了產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝操作穩(wěn)定，并降低超細顆粒在后續(xù)回收工段過濾流失導致的活化劑的浪費，用振動篩或滾筒篩對木屑進行初步篩選，選取0.425~3.35mm的木屑顆粒，除去雜物(如板皮、鐵展、泥砂、石塊等)，以免造成堵塞，增加回收、漂洗工序中的負荷、影響產(chǎn)品質(zhì)量。
篩選后的木屑含水率一般在45%~60%，此時水分過高會影響配料工序段化學活化劑的滲透，因此需要進一步干燥控制工藝需要的水分含量。北方由于氣候干燥，雨水少，一些中小工廠常利用自然風干方法干燥木屑，木屑進行機械于燥時，一般在氣流式干燥器中或回轉(zhuǎn)干燥器中進行干燥。