活性碳製造
活性炭(AC)制造流程介绍:
活性炭是一類多孔碳質材料的統稱,這些材料均無法通過結構式或化學分析來表徵。活性炭中孔隙的體積通常定義為大於 0.2mL/g,內部錶面積通常大於 400m2/g(通過氮 BET 法測得)。孔隙的寬度從 3Å 到幾千埃 (Å) 不等,為了方便起見,孔隙通常根據其直徑進行分類:大孔 500 至 20000 Å;過渡孔(中孔)100 至 500 Å;微孔 8 至 100 Å。在橫截面上,孔隙呈圓柱形或矩形,但也可以呈各種不規則形狀。孔隙也可能有收縮或瓶頸。活性炭的種類和分類目前尚不統一,但目前廣泛採用的叫法有:煤質活性炭、木質活性炭、果殼活性炭、合成材料基活性炭。以下圖片是活性炭的幾種產品。
圖 1. 各類 AC 產品照片
活性炭可由任何含碳原料製成,起始原料多種多樣,如不同等級的煤(泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤)、椰子殼、桃杏核、廢輪胎、木材、鋸末、石油重油、纖維素、稻殼、玉米芯、糖、骨頭等,相對大規模生產所用的起始原料容易獲得,因此價格合理。在西方世界,過去 30 年來進入該行業的公司往往集中使用煤炭(主要是褐煤、煙煤和無煙煤),而在發展中國家,新進入者則集中使用椰殼炭。重要的物理特性包括孔隙的數量和大小分佈、體積密度、乾沖擊硬度、濕耐磨性和粒度分佈。
從化學角度來看,比較基於不同產品從氣相(例如苯、四氯化碳和氮)以及水相(例如碘、糖蜜、苯酚、亞甲藍和單寧)吸附各種選定物質的能力。由於製造過程涉及從原材料中去除揮發性物質,因此原材料的價格、可用性和質量與其揮發性物質含量之間的經濟關系非常重要。
例如,煙煤和無煙煤的優勢之一是其揮發性物質含量相對較低,因此產品產量較高。盡管各種製造工藝的概要眾所周知,但製造商所採用的程式的具體細節卻是嚴加保密的。一般來說,製造活性炭最常用的方法主要有兩種:濕化學工藝(基本上是單階段工藝)和物理或熱氣工藝(基本上是兩階段工藝)。正如所料,化學方法使用化學品進行活化,而熱工藝使用氣體(通常是二氧化碳和空氣)、蒸汽(蒸汽)或氣體和蒸汽的混合物。
以下是幾個經典的活性炭製造工藝流程圖。
(1)木粉活性炭工藝流程示意圖
(2)殼牌活性炭工藝流程示意圖
(3)煤基活性炭工藝流程圖
圖2. 常見各種原料活性炭產品的生產工藝示意圖