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制備活性炭的原料有哪些?

作者:柱狀活性炭 日期:2018-08-09 10:40:29 人氣:

制備活性炭的原料有哪些

活性炭是利用木炭、木屑、椰殼、各種果核、紙漿廢液以及其他農林副產品、煤以及重質石油為原料經炭化活化而得的產品,它與木炭、炭黑和焦炭稱為微晶質炭(無定形炭)。活性炭作為最古老最重要的工業吸附劑之一,與其他吸附劑(樹脂類、硅膠、沸石等)相比,具有許多優點:高度發達的孔隙結構和巨大的內比表面積;炭表面上含有(或可以附加)多種官能團;具有催化性能;性能穩定,可以在不同溫度、酸堿度中使用;可以再生。

近年來隨著人們對環保問題的日益重視,活性炭被廣泛應用于制藥、化工、食品、加工、冶金工業、農業等各個領域。應用領域的拓寬對活性炭性能提出了更高的要求,從而進一步促進活性炭在原料方面的發展,也促進了不同品種特殊性能活性炭的研究開發。

制備活性炭原料有哪些

近年活性炭原料有兩種發展趨勢:一是制造應用量大而廣,性能一般但價格低廉的制品;二是制造性能優良具有特殊用途的高性能活性炭,多使用特制高價原料。所有制造活性炭的原料均為含碳物質,可分為以下幾大類。

(1)植物類原料

早期制備活性炭的原料主要是木質原料,近年來制備活性炭謀求廉價原料的探索受到重視,使原料范圍增廣:除傳統的優質木材、鋸木屑、木炭、椰殼炭、棕櫚核炭,另外還有農林副產物和某些食品工業廢棄物包括廢木材、竹子、樹皮、風倒木、核桃殼、果核、棉殼、咖啡豆梗、油棕殼、甘蔗渣、糠醛渣等。其中椰子殼和核桃殼最優,通常果殼經初步炭化,再用水蒸氣活化,所得到的活性炭具有較高的強度和極精細的微孔,這種活性炭主要用于防毒保護上。炭化的樹皮以氣體活化可得到廉價的活性炭,這種活性炭可用來作為造紙廢水的脫色劑。用椰樹皮纖維為原料,通過化學法可以得到一種活性炭,能有效除去工業廢水中的有毒廢金屬。甘蔗渣作為制糖廠的廢棄物,回收利用可用來制造價格低廉具有特定性能的活性炭,用于污水處理和顏料吸附。

植物類原料(木材)

(2)礦物類原料

1、煤炭類

澳门百家必胜方法目前用于制備活性炭的煤種主要是某些煙煤、優質無煙煤、褐煤等。無煙煤內部含有分子大小的孔隙,是制備微孔炭的合適原料,且其產品還具備分子篩特性,利用難轉化無煙煤資源獲得高回收率的活性炭日益受到重視。我國有豐富的煤炭資源,成為煤質活性炭的生產大國,常用的是無煙煤和不黏煤、弱黏煤,生產的活性炭品質不高,品種單一,因此以煤為主要原料用常規生產方法得到高比表面積、高吸附量的活性炭成為具有很大意義的課題。

礦物類原料(煤炭類)

另外,在煤炭開采和浮選過程中,常伴隨大量低品質成分,如劣質煤、煤矸石等。利用這些廢棄物中的寶貴碳資源制成活性炭將有可能進一步降低成本,獲得在環保和化工生產中大量需求的高效吸附劑和催化劑,如利用碳和硅、鋁成分共存的特點制備硅膠復合吸附劑。Deng報道了從煤矸石出發,用堿熔活化結合強酸處理制備了一種復合吸附劑,它以硅膠為骨架,活性炭均勻分散在硅膠骨架中。此外煤泥炭、煤瀝青也是制備活性炭的原料,最近關于這方面的研究也很多。

2、石油類

石油原料是指石油煉制過程中含碳產品及廢料,如石油瀝青、石油焦、石油油渣等。特別值得關注的是石油焦作為石油加工副產物量大價低,且含碳量高達80%以上,揮發分一般在10%左右,雜質含量低,能制得高收率、低雜質、高比表面積的活性炭。目前美國、日本擁有利用石油焦制備比表面積超過3000m2/g的超級活性炭的專利技術,并實現了產業化。國內學者也作了類似的研究,吳明鉑等人用大慶石油焦為原料以NaOH為活化劑制得高性能活性炭;宋燕等人利用盤錦石油焦以KOH為活化劑,制備比表面積為3730m2/g的高比表面積活性炭。但此類活性炭生產成本昂貴,僅限于醫藥、電子、氣體吸附儲存等領域。今后要開發適宜工業化應用的石油焦生產的新技術,進一步提高石油焦的附加值,拓寬活性炭的原料來源。

礦物類原料(石油類)

澳门百家必胜方法另外催化油漿的有效利用是煉油行業的難題,目前多采用回煉的辦法,利用率低且耗能高。油漿中含有大量芳烴,芳構化程度較高,如果利用它來制備活性炭也不失為一種好辦法。

(3)塑料類原料

聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃樹脂、酚醛樹脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等,這些原料可用來制活性炭。20世紀80年代,有人研究了以有機樹脂(樹脂前驅體如苯乙烯-二乙烯苯共聚物,聚偏二氯乙烯,聚丙烯脂等)為原料合成活性炭,這種活性炭純度高,機械強度優于普通煤質活性炭,并具有孔徑分布可控的優點,廣泛用于生物醫學領域;粒狀酚醛樹脂是制造高性能活性炭的好原料,用它生產的活性炭具有獨特的微細孔,經表面處理,可用于電池電極材料、凈水器、氮氣發生裝置用炭分子篩等方面。

塑料類原料

(4)其他含碳廢棄物

1、廢輪胎

隨著汽車工業的發展,全世界每年有3.3億汽車輪胎報廢被丟棄,造成嚴重的環境污染問題。人們曾經采取一些措施減少廢輪胎的數量,但從經濟和環保的角度出發,最好的辦法是將這些廢輪胎回收利用轉化成有用產品。將廢輪胎經過炭化、活化處理,生產活性炭作為吸附劑使用已有該方面的報道,P. Ariyadejwanich等人將廢輪胎橡膠炭化,在HCl中浸泡后用水蒸氣進行活化,制得的活性炭孔容積為1.62cm3/g,比表面積為1119m2/g。但是用廢輪胎生產活性炭也存在著一系列問題:輪胎進行炭化處理時,橡膠成分氣化而炭黑幾乎全保留在炭化產物中。炭黑是活化時生成孔隙的主要碳質部分,而炭黑結晶化程度比較高,難被水蒸氣活化。所以為了使其孔隙發達,就必須提高活化的溫度或者延長活化的時間。當活化條件太苛刻時,會增加所制的活性炭的灰分;另一個問題是廢輪胎活性炭中含有重金屬鋅,不能用于水處理及土壤處理中,僅限于處理氣體使用。

其它含碳廢棄物(廢輪胎)

2、除塵灰

除塵灰是鋼鐵企業在生產過程中排放的大量粉塵和副產品,量大且粒度極細,主要成分是鐵和碳,還有少量的鈣、鎂、硅、鋁的氧化物。目前,我國對除塵灰的利用主要是將其粒化后作為煉鋼原料進行回爐,或作為水泥等的加入料、填料、氧化鐵紅等一些技術含量較低的材料。國外對除塵灰的回收利用非常重視,回收其中的碳作為橡膠補強填料墨水、油漆和炭黑,或制成活性炭用于水處理、空氣凈化。國內學者對此也有研究,趙乃勤等人用天津還原鐵廠含碳量為62.68%的除塵灰分離炭粉,用不同的活化方法制得比表面積為1191m2/g(化學物理法)和2322m2/g(化學活化法)的粉狀活性炭,研究表明對CCl4、C6H6蒸氣、廢水中Cr(ⅥI)離子有良好的吸附性能。

以除塵灰分離炭粉為原料制備活性炭,一個主要問題是降低灰分。由于原料中存在無機雜質(如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaCO3等),采用物理活化的方法,只有碳元素與水蒸氣反應,活化后這些雜質仍存在于制得的活性炭中,灰分的存在直接影響活性炭的品質和吸附性能,實驗證明采用酸堿改性處理可以降低灰分。

其它含碳廢棄物(除塵灰)

3、剩余污泥

在利用生物處理過程中產生的剩余污泥,制造活性炭方面也進行過不少研究。所研究過的泥種有處理食品工業中排水的剩余污泥,紙漿工廠排水的凝聚沉淀污泥,處理綜合廢水過程中產生的污泥。所制得的活性炭由于灰分含量大,吸附能力只有市售活性炭的1/6左右,為提高吸附性能,將導致成本的增加和活性炭得率的降低。

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