木制活性炭是以優質木屑、木塊、椰子殼、果殼等為原料,采用物理法、磷酸法、氯化鋅法進行加工生產。由于這幾種處理方法,使得木質活性炭的中孔結構和比表面積更加豐富,吸附容量大,過濾速度快?;曳指?,孔徑分布合理,著火點也相對較高。下面就來了解一下木質活性炭的生產方法與影響生產的因素都有哪些?
一、木質活性炭的生產方法
1.物理生產方法。
物理法是先將木質高溫炭化,取出后粉碎成5-25毫米的小塊,再在活化爐內用高溫蒸汽活化。
熱蒸汽是從活化爐上部引入的。在此過程中,活性炭被從反應活化爐的底部移除。炭化反應在高溫下為吸熱反應過程。炭化過程需要加熱活化爐溫不低于800度,反應物在經過燃燒時所產生的氫氣和一氧化碳為熱量。實踐中,通過炭化反應釋放出氫氣和一氧化碳燃燒后釋放出足夠的熱量來補充該反應所需的熱量,將活化爐內的溫度保持在800-900度之間,這樣就可以讓活化反應在沒有加熱的情況下進行。
2.化學生產方法
氯化鋅可進行脫水系統,在氯化鋅溶液中浸入木質原料和纖維中,木質結構組織相關細胞內的氫、氧元素以水分子的形式分離出來,并在水中全部脫除,形成木質活性炭。
利用工業純氯化鋅制取4.6-6.6的pH溶液,以木質溶液與氯化鋅1:4的比例加入混合槽,將木屑粉碎成木屑和干燥備用,完全攪拌均勻,放置20分鐘以上,可使氯化鋅溶液浸入木質纖維細胞,為充分活化提供條件。
在炭化爐的底部,將放置的混合料從炭化爐的上端加入高溫蒸汽量,以增加高溫水蒸汽與混料的反應界面,使木質充分炭化,炭化爐可選用回轉式炭化爐。
經激活反應后,除氯化鋅和木質活性炭產物作為活化劑外,還存在氧化鋅和氫氧化鋅,可用稀鹽酸將氧化鋅還原為氫氧化鋅,氯化鋅可作為炭化劑加入下一次炭活化反應。
二、影響木質活性炭生產的因素
木屑樹種的影響:實驗證明,木質活性炭的吸附性能與木屑樹種有密切關系,多數情況下,認為杉木層較松木屑好,松木屑較硬雜木屑好,軟木屑較硬雜木屑好、材質硬的木屑會影響氯化鋅溶液滲透速度。但是,選擇合適的生產條件,混合木屑作為原料,也能克服原料的不利影響,生產出合格的活性炭。
木屑含水量的影響:木屑水分含量對炭活化過程無直接影響,但會影響其滲透速度,從而影響其浸漬時間。對于連續的浸入或攪拌工藝尤其重要。高含水量(高于纖維飽和點)的木屑不僅降低了氯化鋅溶液的滲透率,也降低了氯化鋅溶液的濃度,從而影響炭的活化效果。結果表明,木屑含水率大于30%時,其浸漬時間為8h以上,木屑含水率在飽和點以下時,其滲透率稍高。當含水量低于15%時,混合時間較短(15min)。木材水分含量也影響其對氯化鋅溶液的吸收。
木制活性炭顆粒度的影響:生產木粉活性炭時,木粉顆粒度在0.425-3.35mm之間,對產品質量沒有明顯影響。一般而言,原料粒度小、浸漬效果好、制炭吸附性能好。原材料木屑粒度的均勻性對產品質量的定性有一定的影響。
木質活性炭鋅屑比的影響:指無水氯化鋅與絕干木屑質量的比值,是影響木質活性炭孔徑分布和孔隙度的重要因素?;罨现?,氯化鋅占有的體積近似等于其回收氯化鋅后活性炭的孔隙體積。將鋅屑比作氯化鋅法活化程度的一種近似測度。所用的鋅屑比不同,制備的活性炭性能也不同。當浸漬率一定范圍內,增加氯化鋅對活性炭的吸附性和孔隙性有明顯的改善作用。
活化溫度的影響:活化溫度指活化過程中活化料的極高溫度,是影響活性炭孔性能的一個重要因素。制得較好的氯化鋅活性炭溫度在600℃左右,過高的活化溫度會引起已生孔塌陷,增加了氯化鋅的揮發量,不僅增加了活化劑的浪費,提高了生產成本,還導致了嚴重的環境污染問題。
活化時間的影響:活化時間是指在一定活化溫度下的時間,是影響木質活性炭質量的重要因素之一。但是隨著活化時間的延長,生成的孔隙被燒結封閉,導致活性炭各項性能開始下降,活化時間選擇在1h比較好。在激活時間從0.5h增加到3.5h時,得率從43%下降到29%,在剛開始的1.25h下降會相對較快,到那時達到837.54mg/g/g,而在前1.25小時內,中孔增大是有利的,隨著活化時間的延長,中孔開始塌陷,變成大孔。
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