煤基活性炭制备工艺研究

作者:未知

  摘 要:本文主要研究分析煤基活性炭的制备工艺,对其活化原理进行详细描述。为今后煤基活性炭的发展走向提供进一步的研究思路。
  关键词:煤基活性炭;炭化;活化
  活性炭,又称为多孔碳。其间隙较大,且是一种人工碳材料堆积而成的。作为碳的一种,活性炭拥有稳定的物理和化学性质,能够承受高温、高压并抗酸碱度。活性炭不会在水、有机溶剂中消解。是一种环保的,经济类的材料。活性炭的制备类材料应用面比较广泛,就原料来说,活性炭的制备原料分类有木制以及煤质类原料。此外,果壳、秸秆以及纸浆等都可以作为木制原料。而无烟煤、沥青等则是煤质类原料的绝佳选择。
  1 煤基活性炭的制备工艺研究过程
  1.1 炭化
  在煤基类活性炭的制备过程中,只有让煤分子结构中的含氧官能团断裂,同时令自由基芳环进行分解聚合,才能让碳的含量大幅度提升,让煤基活性炭的生产流程能够顺利实施。工艺师需要在活化过程中,仔细研习孔隙碳结构。总的来说,炭化煤基活性炭的工艺,需要坚决杜绝空气的进入,化学品也不能参与其中,氢、氧等大部分的非碳元素需要不断被分解,此后才能顺利进行炭化。在炭化的过程中的第一步骤,就是分解,通过气态的方式;其次是自由的碳元素需要进行结合,进而由无序变为有序;第三,通过无序的碳进行填充,才能形成孔隙发达,具有成熟结构的活性炭。
  1.2 活化
  活性炭的主要成分是碳,此外还有少量灰分,是一种类石墨螺层型微晶结构。赋予炭颗粒活性,使炭形成多孔的微晶结构,具有发达的表面积的过程称为活化过程。活化过程分为化学活化法以及物理活化法两类。在化学活化法中,要将化学药剂和含碳物质相互结合。此类方法制得的活性炭,次微孔发达,多用于液相吸附。而在物理活化法则是一种气体活化方法,有三个要素需要参与其中,即水蒸气、二氧化碳以及氧气。此类活化法制得的活性炭,微孔发达,对气相物质有很好的吸附力,当然也可通过控制炭的活化程度而用于液相吸附。
  2 影响煤基活性炭制备工艺的因素
  2.1 原料煤性质
  原料煤的性质,在煤基活性炭的生产过程中十分重要,其性质对活性炭的质量影响尤为突出。在不同种类的碳中,氢、氧等含量都不同,此外,煤的化学结构差异也很大,炭化后的半焦特性也不尽相同。通过工艺者的深入研究,原煤的种类中,来自大同的煤类是效果最好的。
  2.2 炭化温度
  炭化温度作用明显,尤其对于炭化过程中的半焦性质来说。一旦温度飙升,微孔的容积也会逐渐下调,碳的硬度逐步增加。换句话说,碳的孔隙结构与性质,是让碳的炭化温度发生变化的关键所在。研究者发现,炭化过程中,600℃是一个理想温度。在炭化过程中,要注意脱氧,让孔隙的碳结构能够发生明显变化。
  2.3 活化温度
  调查者研究发现,800-900℃是水蒸气活化温度的理想温度,900-950℃则是烟道气活化温度的理想温度。而600 ℃则是空气的理想活化温度。要想让碳骨架发生反应的最佳温度达标,就需要利用好活化剂与在炭化过程中的最佳手段,及在使用催化剂的过程中,利用最佳分解温度进行拆分。
  2.4 活化时间
  在煤基活性炭的研发过程中,活化时间的长与短十分关键。活化过程中,活化时间越长,活性炭的碘吸附值会呈现一定的规律,即先是增大,随后变小。在一个小时之内,活化值就会达到最大。然而,活化的时间不能任其随意增长,一旦时间过长,就会让活化剂和孔隙边缘的碳原子出现变化,而石墨微晶的结构和性质也会逐渐发生变化。这就会让活性炭的表面变得千疮百孔,出现腐蚀情况,少之会造成活性炭的吸附能力不强,重则会造成活性炭质量欠佳。
  2.5 煤中矿物质
  看煤基活性炭是否優质,灰分的容量指标是关键。灰分,顾名思义,就是煤炭中矿物质、有机成分,经过高温加热后,产生的物质成分。研究表明,活性炭的性能不是很稳定,尤其是在灰分起作用后。为此,要尽可能抑制活性炭中灰质的含量,让活性炭的性能效果达到最佳。在煤炭中,无机成分参与其中,让活性炭的着火点、活性炭的灼烧的熔点不再提升,这样灰分以及活性炭就开始互不影响,让活性炭中的灰分含量能够不再提升,这样活性炭的质量就能够大大优化。
  3 活性炭制备工艺应用与发展趋势
  在我国,煤基活性炭的技术几经周折,共分为三个发展时期。即单种煤生产活性炭、配煤生产活性炭以及催化活化生产活性炭。无论是石化还是食品、电力等生产领域,煤都是必不可少的物质。尤其是在城市化普及的今天,活性炭可以成功吸附城市污水中的杂质,去除工厂、工地中的污染物,让城市水源净化。如今,活性炭的脱硫技术已经得到普及,我国工业领域能够将原料煤处理得当,并逐渐研发出煤的深度脱灰技术,活性炭的相关研究已经越来越得到深化,且应用领域的研究路子也越来越广。
  4 结束语
  在制备煤基活性炭的过程中,我们的首要任务就是深入研究深度脱灰技术,尤其是军事、食品等领域,此外,煤基活性炭对无机质的数量与种类有更严格的要求,这些矿物质会造成产品的质量恶化。研究者正在想办法让灰分去除,让木质活性炭能够得到替代,这对煤基活性炭制备工艺的进一步研究具有跨时代的意义。
  参考文献:
  [1]王飞军,张云红,朱燕云,等.添加剂作用下用粘结性烟煤制活性炭[J].煤炭转化,2001,24(1):89-92.
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