活性炭的生產(chǎn)工藝(物理法活化和化學(xué)法活化活性炭)
一般而言,活性炭的生產(chǎn)工藝和設(shè)備中最主要的就是活化工藝和活化設(shè)備。當(dāng)然一些高精尖的活性炭產(chǎn)品,其核心技術(shù)可能并非活性炭工藝或設(shè)備,這是另外一個(gè)話(huà)題。
活性炭,有諸多定義。僅從字面意思理解,自然是具備活性的炭。那么活性是什么,原來(lái)沒(méi)有活性的炭,怎么變成有活性的炭?活性,一般是指該材料具備超出常規(guī)材料若干數(shù)量級(jí)吸附性能的一種性質(zhì)。不論從哪個(gè)理論,比如弗蘭德里希(Freundlich),或者朗繆爾,吸附都和接觸表面,或者說(shuō)界面有著密切的關(guān)系。粗略的看,界面面積越大,自然吸附的數(shù)量就越大?;钚蕴恐跃邆浠钚裕褪瞧鋬?nèi)表面積巨大,比常規(guī)材料大2-4個(gè)數(shù)量級(jí)。如果我們看活性硅,其實(shí)也是表面積在后面起作用(嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f(shuō)是比表面積)。
那么活性炭的內(nèi)表面從何而來(lái)?這個(gè)按照活性炭產(chǎn)業(yè)的主流模式大概發(fā)2個(gè)流派,一個(gè)是物理法活化,即采用水蒸氣高溫活化;另一個(gè)則是化學(xué)法活化,即采用磷酸或者氯化鋅等材料進(jìn)行活化。
物理法活化的原理即水煤氣反應(yīng): C+H2O===(高溫)CO+H2 C+2H2O===(高溫)CO2+2H2,。這個(gè)反應(yīng)就好像高溫水蒸氣(900攝氏度左右)腐蝕了碳材料一樣,從而在炭的內(nèi)部形成高度發(fā)達(dá)的微孔,微孔尺度從1nm到100nm不等。
化學(xué)法活化又分好多個(gè)流派,主流的也分2個(gè)流派,磷酸法活化和氯化鋅法活化,磷酸法活化的原理為(C6H10O5)n(纖維素)+nH2O→nC6H12O6。當(dāng)然中間涉及的副反應(yīng)很多,就不一一例舉了。氯化鋅法類(lèi)似,都是這2種物質(zhì)充當(dāng)了催化劑,當(dāng)然這2種物質(zhì)也會(huì)與碳材料中的雜質(zhì)起反應(yīng)。
一般而言,化學(xué)法活化只用于木質(zhì)材料的活化(不包括果殼等硬質(zhì)的木質(zhì)材料),而物理法活化則適用于煤、椰子殼、木質(zhì)等材料的活化。一些純度要求高的場(chǎng)合往往采用物理法活化工藝。
本文作者:董帝豪
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