物理法的基本工藝過(guò)程
物理法制造活性炭的基本工藝流程是粉狀活性發(fā)生產(chǎn)流程，圖3-2(b)是無(wú)定形活性炭和成型活性炭生產(chǎn)流程(。
由此可看出，物理法活性炭生產(chǎn)工藝大致包括以下主要工段，原料處理工段、活化工段、后處理工段和成品工段。
二、物理法工藝過(guò)程及相應(yīng)生產(chǎn)裝置
1.原料預(yù)處理工段
由于制備活性炭的原料種類很多，有木質(zhì)原料、煤質(zhì)原料、人造材料和工業(yè)廢料等，不同原料有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，包括不同的粒徑、粒徑分布和灰分、揮發(fā)分含量等，因此針對(duì)不同原料也需要進(jìn)行不同的預(yù)處理。
預(yù)處理的目的有三個(gè)，是可以使得原料的外觀和粒度較適合炭化、活化設(shè)備，并滿足使用者對(duì)產(chǎn)品的要求;第二是可以除去大部分對(duì)活化反應(yīng)和產(chǎn)品性能不利的雜質(zhì);第三是可以盡可能減小原料發(fā)生石墨化的趨勢(shì)，從而有利于得到吸附性能優(yōu)良的活性炭產(chǎn)品。
為得到合適粒度的原料并除去雜質(zhì)，可采用破碎、篩分、揚(yáng)析和除鐵等工藝過(guò)程，并根據(jù)不同原料的特性選用相應(yīng)的礦石、糧食或者飼料加工設(shè)備。以爆作為原料時(shí)宜選擇特定煤層的原煤或經(jīng)過(guò)洗煤處理的煤。特別需要指出的是

通過(guò)控制溫度來(lái)控制活性炭產(chǎn)品的孔隙分布，從而制備具有不同用途的活性炭產(chǎn)品。一般而言，水蒸氣活化法的活化溫度控制在800~950℃.煙道氣活化的溫度控制在900~950℃，空氣活化的溫度控制在600℃左右。此外，對(duì)于不同的原料，活化溫度的影響也有區(qū)別。例如有研究發(fā)現(xiàn)，以泥發(fā)為原料生產(chǎn)活性炭時(shí)，較高的活化溫度(1040℃)反而有利于提高微孔含量，低溫卻有利于中大孔的形成[28]。因此在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)原料、所制備活性炭的用途以及所采用的活化劑來(lái)確定活化溫度。
.活化時(shí)間
在活化條件下，氣體活化按照造孔一擴(kuò)孔步驟進(jìn)行，即先開始在炭化料肉部形成大量的微孔，相鄰碳微晶之間原本閉塞的微孔也被打開，從而使活性發(fā)比表面積增大，吸附能力增強(qiáng)，而隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，碳微晶層面上的碳開始被消耗，使微孔變大、塌陷，直到相鄰微孔之間的孔壁被完全燒蝕形成中大孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致活性炭比表面積降低。由于反應(yīng)速率隨溫度變化而變化，不同原料的活化難易程度也不一樣，因此若活化溫度較低或者原料活化反應(yīng)性較差時(shí)，活化時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，反之亦然。
例如以煤為原料，水蒸氣為活化氣體，活化溫度為900℃，水蒸氣流量為
1.2kg/(kg.h)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明活化時(shí)間在2~5h范圍內(nèi)所得到的活性炭碘吸

物理法制備技術(shù)與裝置

活性炭物理法機(jī)理簡(jiǎn)介
物理法通常指氣體活化法，是以水蒸氣、煙道氣(水蒸氣、CO2、N?等的混合氣)、CO:或空氣等作為活化氣體，在800~1000℃的高溫下與已經(jīng)過(guò)炭化的原材料接觸進(jìn)行活化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，具有氧化性的活化氣體在高溫下侵蝕炭化料的表面，使炭化料中原有閉塞的孔隙重新開放并進(jìn)一步擴(kuò)大，某些結(jié)構(gòu)因選擇性氧化而產(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。由于物理法通常采用氣體作為活化劑，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，因此在活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。下面對(duì)物理活化法的機(jī)理、工藝流程、裝置設(shè)備及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行具體闡述。
一、原料炭化
物理法制備活性炭需要先將原料在400~600℃下進(jìn)行炭化處理，使原料中碳元素以外的主要元素(氫、氧等)以氣體形式脫除，通過(guò)CO:、CO 的形式也可使一部分碳元素釋放出去，殘留的碳元素則多數(shù)以類似石墨的碳微晶形態(tài)存在。然而和石墨晶體不同的是，這些碳微晶的排列是雜亂無(wú)章的，因此形成了具有活性炭原始形態(tài)的結(jié)構(gòu)。但是僅僅經(jīng)過(guò)炭化處理，碳微晶的周圍以及碳微晶之間的縫隙仍被熱解所產(chǎn)生的焦油或者無(wú)定形碳堵塞，因此需要進(jìn)一步活化處理，除去這些堵塞孔隙的物質(zhì)才能得到具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。
二、氣體活化法過(guò)程簡(jiǎn)述
在炭化的中間產(chǎn)物進(jìn)行活化期間，是基本碳微晶以外的無(wú)定形碳

活性炭制備技術(shù)
燒結(jié)封團(tuán)、導(dǎo)致活性炭的各種性能開始下降、活化時(shí)間選擇在1b較好。 Ahoed 等通過(guò)氯化鋅活化棗核制備了活性炭、結(jié)果表明、當(dāng)活化時(shí)間由6h增加至3.5h時(shí)，得豐由43%降低至29%，在初的1.25h內(nèi)降低得快、并在此時(shí)達(dá)到了大碘吸附值837.54mg/g、且在前1.25h內(nèi)是有利于中孔增加的、隨著活化時(shí)間的增加、中孔開始塌陷變?yōu)榇罂祝?br /> 活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛、在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)揮作用的主要是孔結(jié)構(gòu)和表而官能團(tuán)、所以根據(jù)市場(chǎng)的需求有很多科研人員開始關(guān)注組合活化法，包括物理化學(xué)法、化學(xué) 化學(xué)法、微波-化學(xué)法等。
一、物理-化學(xué)活化法
物理化學(xué)活化法是結(jié)合物理法(CO:、水蒸氣法等)與化學(xué)法(磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀法等)制備活性炭的一種方法、此類活性炭具有特孔結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)。Dolas等?)采用開心果殼與氯化鋅前期浸清后，通過(guò)后續(xù)的高溫CO=活化法制備了BET比表面積為3256m2/g、孔容積為1.36cm'/g的活性炭，而采用氯化鈉溶液浸清的開心果殼采用高溫CO:活化制備了 BET比表面積為3895m/g、孔容積為1.86cm’/g的活性炭。Arami Niya等()采用油棕櫚殼為原料，先采用少量氯化鋅或磷酸法活化制備具備初期窄微孔的活性炭、然后采用高溫CO:活化制備了甲烷吸附用活性炭，此方法可以使得活性炭的孔結(jié)構(gòu)均勻化分布、有利于甲烷的存儲(chǔ)。
二、化學(xué)-化學(xué)活化法
化學(xué)-化學(xué)法是指結(jié)合兩種不同的化學(xué)活化劑進(jìn)行活化制備活性炭的方法。 Heidari等()采用赤桉木為原料，先使用磷酸或氯化鋅活化制備早期活性炭、然后采用氫氧化鉀法進(jìn)行二次化學(xué)活化、制備了具有較高微孔含量(98%)的 CO;存儲(chǔ)用活性炭。
三、微波-化學(xué)活化法
微波-化學(xué)法是指以微波加熱的方式來(lái)提供化學(xué)法(磷酸、氧化鋅、氯氧化鉀等)活化所需熱量來(lái)制備活性炭的方法，微波加熱相比傳統(tǒng)加熱方式的優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度縮短活化時(shí)間，可以控制在10min左右，Lu等“)以竹子為原料，采用微波加熱磷酸活化法制備了比表面積為1432m/g、孔容積為
0.696cm'/g的活性炭產(chǎn)品、得率可達(dá)47.8%，Hesas等通過(guò)微波氧化鋅

1活性炭原料的影響
(1)木屑樹種的影響 實(shí)驗(yàn)證明，活性炭的吸附性能與木屑樹種有密切的關(guān)系，多數(shù)情況下，認(rèn)為杉木屑較松木屑好，松木屑較硬雜木屑好，軟雜木屑較硬雜木屑好，材質(zhì)硬的木屑會(huì)影響氯化鋅溶液的滲透速度。但通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)條件，采用混合木屑作原料，也可以克服由原料所引起的不利影響，生產(chǎn)出合格的活性炭。
(2)木屑含水率的影響木屑含水率對(duì)炭活化過(guò)程沒(méi)有直接影響，但會(huì)影響氯化鋅溶液的滲透速度，因而影響氯化鋅溶液浸漬的時(shí)間。對(duì)連續(xù)浸漬或混合過(guò)程尤為重要。含水率高(在纖維飽和點(diǎn)以上)的木屑不僅會(huì)降低氯化鋅溶液的滲透速度，而且要降低氯化鋅溶液濃度，從而影響炭活化效果。因此，當(dāng)木屑含水率超過(guò)30%時(shí)，浸漬時(shí)間要求在8h以上，當(dāng)木屑含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，氯化鋅溶液的滲透速度要快一些。木屑含水率在15%以下時(shí)，混合時(shí)間短(15min)。木屑含水率還影響其對(duì)氯化鋅溶液的吸收量。例如，生產(chǎn)顆粒活性炭，吸收一定數(shù)量的濃度較低的氯化鋅溶液，因此要求木屑含水率不超過(guò) 5%。當(dāng)生產(chǎn)糖用活性炭時(shí)，吸收足夠數(shù)量的高濃度的氯化鋅溶液，如果木屑含水率過(guò)高，就會(huì)降低氯化鋅溶液的濃度，從而影響鋅屑比，終影響活性炭的孔徑分布。
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(shè)備、平板爐法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、上馬快等優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)早期氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備。但此法存在手工操作多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，導(dǎo)致了此法目前已被淘汰。回轉(zhuǎn)爐法具有生產(chǎn)能力大、機(jī)械化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備，工藝難點(diǎn)在于尾氣處理和氯化鋅回收方面，國(guó)內(nèi)尚未有成熟的工藝，日本已實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放達(dá)標(biāo)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(shè)的廢氣處理系統(tǒng)，以回收煙氣中的氯化鋅和鹽酸，減少對(duì)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(xì)顆粒在后續(xù)回收工段過(guò)濾流失導(dǎo)致的活化劑的浪費(fèi)，用振動(dòng)篩或滾筒篩對(duì)木屑進(jìn)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(fù)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(shí)水分過(guò)高會(huì)影響配料工序段化學(xué)活化劑的滲透，因此需要進(jìn)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(fēng)干方法干燥木屑，木屑進(jìn)行機(jī)械于燥時(shí)，一般在氣流式干燥器中或回轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行干燥。