探究煤基活性炭生產(chǎn)技術(shù)

吳亮亮

國家能源集團(tuán)新疆能源公司活性炭分公司 新疆烏魯木齊 830014

活性炭又稱為多孔碳。其間隙較大，且是一種人工碳材料堆積而成的。作為碳的一種，活性炭擁有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，能夠承受高溫、高壓并抗酸堿度。活性炭不會在水、有機(jī)溶劑中消解。是一種環(huán)保的，經(jīng)濟(jì)類的材料?；钚蕴康闹苽漕惒牧蠎?yīng)用面比較廣泛，就原料來說，活性炭的制備原料分類有木制以及煤質(zhì)類原料。此外，果殼、秸稈以及紙漿等都可以作為木制原料。而無煙煤、瀝青等則是煤質(zhì)類原料的絕佳選擇。

1 活性炭技術(shù)

1.1 生物活性炭濾池技術(shù)

在歐洲使用該技術(shù)的代表性水廠有瑞士的林格水廠、法國的盧昂拉夏佩勒水廠和德國的繆爾霍姆水廠等。我國則陸續(xù)采用此工藝進(jìn)行深度處理，均達(dá)到深度凈化效果。眾多應(yīng)用實(shí)例表明，生物活性炭工藝對多種污染物質(zhì)均有很好的改善效果，包括色度、嗅味物質(zhì)、鐵、錳、有機(jī)物和氨氮等。

1.2 溶劑再生法

溶劑再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質(zhì)三者之間的相平衡關(guān)系，通過改變溫度、溶劑的pH值等條件，打破吸附平衡，將吸附質(zhì)從活性炭上脫附下來。溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附，如對高濃度、低沸點(diǎn)有機(jī)廢水的吸附。

1.3 電化學(xué)再生法

電化學(xué)再生法是一種正在研究的新型活性炭再生技術(shù)。該方法將活性炭填充在兩個(gè)主電極之間，在電解液中，加以直流電場，活性炭在電場作用下極化，一端成陽極，另一端呈陰極，形成微電解槽，在活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解，小部分因電泳力作用發(fā)生脫附。該方法操作方便且效能高、能耗低，其處理對象所受局限性較小，若處理工藝完善，可以避免二次污染[1]。

2 煤基活性炭的制備工藝研究過程

2.1 炭化

在煤基類活性炭的制備過程中，只有讓煤分子結(jié)構(gòu)中的含氧官能團(tuán)斷裂，同時(shí)令自由基芳環(huán)進(jìn)行分解聚合，才能讓碳的含量大幅度提升，讓煤基活性炭的生產(chǎn)流程能夠順利實(shí)施。工藝師需要在活化過程中，仔細(xì)研習(xí)孔隙碳結(jié)構(gòu)?？偟膩碚f，炭化煤基活性炭的工藝，需要堅(jiān)決杜絕空氣的進(jìn)入，化學(xué)品也不能參與其中，氫、氧等大部分的非碳元素需要不斷被分解，此后才能順利進(jìn)行炭化。在炭化的過程中的第一步驟，就是分解，通過氣態(tài)的方式；其次是自由的碳元素需要進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而由無序變?yōu)橛行?；第三，通過無序的碳進(jìn)行填充，才能形成孔隙發(fā)達(dá)，具有成熟結(jié)構(gòu)的活性炭。

2.2 活化

活性炭的主要成分是碳，此外還有少量灰分，是一種類石墨螺層型微晶結(jié)構(gòu)。賦予炭顆粒活性，使炭形成多孔的微晶結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達(dá)的表面積的過程稱為活化過程。活化過程分為化學(xué)活化法以及物理活化法兩類。在化學(xué)活化法中，要將化學(xué)藥劑和含碳物質(zhì)相互結(jié)合。此類方法制得的活性炭，次微孔發(fā)達(dá)，多用于液相吸附。而在物理活化法則是一種氣體活化方法，有三個(gè)要素需要參與其中，即水蒸氣、二氧化碳以及氧氣。此類活化法制得的活性炭，微孔發(fā)達(dá)，對氣相物質(zhì)有很好的吸附力，當(dāng)然也可通過控制炭的活化程度而用于液相吸附[2]。

3 影響煤基活性炭制備工藝的因素

3.1 原料煤性質(zhì)

原料煤的性質(zhì)，在煤基活性炭的生產(chǎn)過程中十分重要，其性質(zhì)對活性炭的質(zhì)量影響尤為突出。在不同種類的碳中，氫、氧等含量都不同，此外，煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異也很大，炭化后的半焦特性也不盡相同。

3.2 炭化溫度

炭化溫度作用明顯，尤其對于炭化過程中的半焦性質(zhì)來說。一旦溫度飆升，微孔的容積也會逐漸下調(diào)，碳的硬度逐步增加。碳的孔隙結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，是讓碳的炭化溫度發(fā)生變化的關(guān)鍵所在。研究者發(fā)現(xiàn)，炭化過程中，600℃是一個(gè)理想溫度。在炭化過程中，要注意脫氧，讓孔隙的碳結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生明顯變化。

3.3 活化溫度

調(diào)查者研究發(fā)現(xiàn)，800～900℃是水蒸氣活化溫度的理想溫度，900～950℃則是煙道氣活化溫度的理想溫度。而600℃則是空氣的理想活化溫度。要想讓碳骨架發(fā)生反應(yīng)的最佳溫度達(dá)標(biāo)，就需要利用好活化劑與在炭化過程中的最佳手段，及在使用催化劑的過程中，利用最佳分解溫度進(jìn)行拆分。

3.4 活化時(shí)間

在煤基活性炭的研發(fā)過程中，活化時(shí)間的長與短十分關(guān)鍵?；罨^程中，活化時(shí)間越長，活性炭的碘吸附值會呈現(xiàn)一定的規(guī)律，即先是增大，隨后變小。在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)，活化值就會達(dá)到最大。然而，活化的時(shí)間不能任其隨意增長，一旦時(shí)間過長，就會讓活化劑和孔隙邊緣的碳原子出現(xiàn)變化，而石墨微晶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也會逐漸發(fā)生變化。這就會讓活性炭的表面變得千瘡百孔，出現(xiàn)腐蝕情況，少之會造成活性炭的吸附能力不強(qiáng)，重則會造成活性炭質(zhì)量欠佳。

3.5 煤中礦物質(zhì)

看煤基活性炭是否優(yōu)質(zhì)，灰分的容量指標(biāo)是關(guān)鍵?；曳?，顧名思義，就是煤炭中礦物質(zhì)、有機(jī)成分，經(jīng)過高溫加熱后，產(chǎn)生的物質(zhì)成分。研究表明，活性炭的性能不是很穩(wěn)定，尤其是在灰分起作用后。為此，要盡可能抑制活性炭中灰質(zhì)的含量，讓活性炭的性能效果達(dá)到最佳。在煤炭中，無機(jī)成分參與其中，讓活性炭的著火點(diǎn)、活性炭的灼燒的熔點(diǎn)不再提升，這樣灰分以及活性炭就開始互不影響，讓活性炭中的灰分含量能夠不再提升，這樣活性炭的質(zhì)量就能夠大大優(yōu)化。

4 結(jié)語

在制備煤基活性炭的過程中，我們的首要任務(wù)就是深入研究深度脫灰技術(shù)，尤其是軍事、食品等領(lǐng)域，此外，煤基活性炭對無機(jī)質(zhì)的數(shù)量與種類有更嚴(yán)格的要求，這些礦物質(zhì)會造成產(chǎn)品的質(zhì)量惡化。研究者正在想辦法讓灰分去除，讓木質(zhì)活性炭能夠得到替代，這對煤基活性炭制備工藝的進(jìn)一步研究具有跨時(shí)代的意義。