粒状活性炭制备方法及作用特点

粒状活性炭制备方法及作用特点环保设备导航网整理水处理用活性炭吸附塔有固定层式、移动层式、膨胀层式和流动层式，实际上大部分都采用固定层式。固定层式要有几个塔、逆洗设备和大的新炭贮槽和废炭贮槽，因而设备占地面积大，还要有取出废炭和充填新炭作业，操作管理自动化困难，并且废炭需要整塔更新，降低了活性炭吸附力的利用率。膨胀层式除了活性炭处于膨胀状态通水外，其余各塔的运转方法与固定层式基本相同。移动层式相当于把固定层式两塔活性炭充填为二塔，以向上流动的方式通水，废炭从塔底部卸出，新炭由塔顶部供人，在活性炭堵塞时却不能逆洗，卸出的废炭还有一定吸附余力。鉴于上述情况，采用多段流动层时，原水中悬浮物就不会堵塞活性炭层(不需逆洗设备)，能采用吸附速度大的小粒径活性炭(装置小型化)，只有少量新炭补给和废炭卸出，活性炭的利用率高，运转管理可实现自动化等，其优点颇多。活性炭制备方法1)气体活化法：世界上生产活性炭的厂家70%以上都是采用气体活化法。我国主要以气体活化法生产活性炭滤料。物理活化对环境污染小，因其是依靠氧化碳原子形成孔隙结构，故活性炭的收率不高，且活化温度较高，需先进行炭化再活化。2)化学活化法：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。化学活化法是炭化活化一次完成,有利于形成尺寸较小的碳微晶,容易形成细的孔隙结构,可以制造出孔隙更发达、吸附性能更好的活性炭，炭的相对得率较高。但化学活化对设备腐蚀性大，污染环境，其制得的活性炭中残留化学药品活化剂，应用方面受到限制。3)化学物理活化法：为了发挥物理活化和化学活化各自的优点，目前世界各国包括我国在内都在研究、探讨将化学活化法和物理活化法结合起来，用新型的生产工艺，生产出孔隙结构更加合理、发达、吸附性能更优越、用途更广泛的活性炭产品。活性炭生产制备技术1)连续化、无公害化制造技术欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化制造体系：如美国的卡尔岗公司、维斯特维公司、荷兰的诺力特公司、年产活性炭均超过万吨，员工仅100多人。而且对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面化学基团的关系研究，做到了品种的专用化和多样化。如美国、日本的活性炭产品品种达到数百种。2)活化剂低消耗制造工艺传统化学法制造活性炭的缺点是活化剂消耗大，回收率低，产生的废水废气对环境造成危害。随着工艺技术的进步，日本氯化锌法活性炭生产技术采用回转炉两段法，较低温活化，其氯化锌消耗量极低。美国磷酸法生产活性炭，磷酸消耗在20%(每吨活性炭的酸耗)以下，生产环境清洁。磷酸的低消耗不仅大大降低生产成本，最主要保护了环境，实现了清洁生产。3)原料预处理活性炭原料的预处理包括脱灰和预氧化。活性炭生产原料为木质、煤质等天然产物，均含有一定量的杂质，如Si、Al、Ca、Mg等元素，这些成分在活性炭制备过程中有极敏感的阻止微孔形成的作用通过对原料脱灰预处理，能显著提高活性炭性能。以煤质原料为例，国内外研究采用新的研磨技术结合化学洗涤法，可获得灰分为1%的精煤，但是成本相对较高。活化前对原材料进行适当的氧化处理，可以提高活性炭的吸附性能和产率。原料预氧化对活化过程有两点较为明确的优点：一是能降低活化温度和缩短活化时间;二是通过原料的预氧化后增加了原料的表面活性，使得活化作用更容易深入到原料颗粒内部。原料预氧化处理一般有干和湿两种方法干法为在一定加热条件下，用空气、氧气等气体作为氧化剂，湿法则常用硝酸、硫酸等作氧化剂。研究表明，氧化预处理可获得煤质活性炭比表面积3000m2/g,碘吸附值1500mg/g,亚甲基蓝吸附值300mg/g,苯酚吸附值250mg/g的性能，对于木质活性炭的亚甲基蓝吸附值可达到760mg/g。3)使用催化活化剂当利用物理活化法制备超级活性炭时，添加催化剂进行催化活化可成倍提高反应速率，降低活化温度，并且孔径分布集中。例如，国内专利以采用钙催化物理活化法，C-H2O反应活化能从185kJ/mol降低到164～169kJ/mol，孔径集中于5～10nm。日本专利采用过渡金属元素作催化剂，不仅减少了反应时间，而且获得比表面积达到2500～3000m2/g的超级活性炭，有代表性的过渡金属化合物有Fe2(NO3)3、Fe(OH)3、FePO4、FeBr3、Fe2O3等。但过快的反应速度可能会使微孔壁面被烧穿，破坏微孔结构。4)使用模板在无机物模板内很小空间(纳米级)中引入有机聚合物并使其炭化，然后用强酸将模板溶掉后即可制得与无机物模板的空间结构相似的多孔炭材料，该方法可制得孔径分布窄、选择吸附性高的中孔活性炭。美国、日本有利用硅凝胶微粒(75～147μm,比表面积470m2,孔径4.7nm)作为模板,制成比表面积1100～2000m2/g,孔径为1～10nm,并集中在2nm的窄孔径分布的活性炭材料。利用模板法制备活性炭的优点是可以通过改变模板的方法控制活性炭的孔分布，但该方法的缺点是制备工艺复杂需用酸去掉模板，使成本提高。活性炭应用中有哪些设备使用活性炭有间歇操作和连续操作两类：1)间歇操作常用于粉状活性炭的大小规模使用。所用的设备是：不同大小的桶、缸、槽之类容器、过滤器、搅拌器等。过滤器有普通过滤、真空过滤或加压过滤等各种类型。2)连续操作常用于使用粒状活性炭的较大规模的生产，设备装置有：a、固定床，是以活性炭为填充层，流体从上方或下方连续流入进行吸附的方法，因这种设备中活性炭在操作过程中固定不动。固定床根据流体量和处理要求有单床、多床串联和多床并联等方式。b、移动床，是指活性炭间歇式移动吸附方式。要处理的流体从吸附塔底部流入，与活性炭逆流接触，处理后的流体从塔顶部流出。c、流动床，这是连续式流动床吸附法，早期对糖进行脱色。活性炭在塔内形成膨胀层或流化状态，与从塔底部进入的流体更多的接触，然后连续排出塔外。如果流体流速过大，塔内活性炭膨胀率增大，不能保持层状移动，因此要严格调节流量。影响吸附有哪些因素影响吸附的因素有三方面：A、活性炭方面理想的活性炭要具有在多孔中能容纳最大重量的吸附质的内表面和大孔容。微孔多的活性炭倾向于吸附小分子，大孔多的活性炭倾向于吸附较大的分子。因此总表面和孔容的数据不能用来评估活性炭的可能有效性。B、吸附质方面一般有机物的吸附随着分子量的增加而增加，直至分子太大进不了炭孔。非极性有机物较极性有机物更易从水溶液中被吸附，有其他有机物混存时会影响吸附，一般无机物不易被吸附。易液化或高沸点的气体较易吸附。混合气体中，纯净状态下易被吸附的气体优先被吸附。C条件方面温度影响扩散速率和吸附平衡，扩散速率与黏率有关，提高温度会提高扩散速率，而达到平衡加快，但是最终的吸附量也较低。压力增高，气体的吸附量增大，尤其常压下吸附性较小的气体，这是变压吸附的基础。PH值会影响溶液中有色物的吸附。许多有色化合物在不同PH值下会改变结构和色泽，在不同的PH值下会改变结构和色泽，在不同的PH值下用同样的活性炭处理同样的溶液，一般在较代PH值下有较佳的吸附。由于活性炭制造时活化条件的不同而PH有异，为配合应用，活性炭PH值可在制造时调整。