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活性炭制造法之一--化学活化法

来源:北京北科 时间:2014-08-13 点击次数:


     化学活化法是把化学药品以一定比例加入原料中,然后在惰性气体介质中加热,同时进行炭化和活化[25]。最后又将加入的化学药剂予以回收。在活化过程中,用化学药剂刻蚀含碳材料,并使其中的氢和氧等元素主要以H2O、CH4等小分子形式逸出,抑制副产物焦油的形成,可提高活性炭收率。使用的主要化学药剂有KOH、KCNS、H3PO4、H2SO4、ZnCl2、NaOH等。
最多的化学活化法是利用KOH活化制备高比表面积煤质柱状活性炭。1980s年代中期,美国阿莫卡公司以KOH为活化剂,采用化学活化法,制得比表面积大于2 500m2/g的活性炭。日本大阪煤气公司,用中间相沥青微球为原料、也采用类似的活化方法制得比表面积高达4 000 m2/g的活性炭。日本关西热化学也有这种称之为Maxsorb的制品。中国科学院山西煤炭化学研究所于1990s年代初开展了这方面的研究工作,并成功制得了高比表面积活性炭。下面以KOH活化为例简单叙述化学活化法。因原料不尽相同,制备工艺亦有些区别,但大致相似,KOH与碳材料的活化反应是一复杂过程,目前还有许多不明之处。但一般认为,碳材料与KOH的主要反应方程为:4KOH+C→K2CO3+H2O+2H2
活性炭活化法工艺流程
同时考虑到KOH的高温分解、碳的还原性,结合金属盐作为蒸汽活化催化剂的研究结果,推知在活化反应过程中,还有如下反应发生:
2KOH→K2O+H2O
C+H2O→H2+CO
CO+H2O→H2+CO2
K2O+H2→2K+H2O
K2O+C→2K+CO
K2O+CO2→K2CO3
K2CO3+2C→2K+H2O
在活化温度800℃以上,金属钾蒸汽大量地挤进碳层间,对活化起促进作用。另外,国内外对加入H3PO4进行活化的研究较多,美国于1970s年代将原料褐煤及次烟煤用稀磷酸处理,获得了高比表面及活性的活性炭,其比表面积高达3 000 m2/g。现在美国大约有40%~50%活性炭采用磷酸活化法。法国、德国、意大利、比利时、荷兰、英国等西欧各国大约有15%的生产厂家采用该活化方法。日本采用磷酸活化法相比于美国则少些。我国这方面的报导则很少,还处于研究起步阶段。化学活化法工艺特点是活化温度低,易对产品的孔隙结构进行调整,但对设备腐蚀性大,污染环境。