活性炭如何制作
一、物理活化法
物理活化法,又称气体活化法,是一种通过高温处理和气体活化来制备活性炭的方法。其步骤如下:
破碎与筛分:将含碳原料进行破碎和筛分,去除杂质和粉屑,确保原料的粒度均匀。
炭化处理:将破碎后的原料放入炭化炉中进行高温处理,通常在400~900℃的温度范围内,使原料中的有机物被碳化,形成初步的炭化料。
活化处理:将炭化料放入活化炉中,在800~1000℃的高温下与水蒸气、烟道气(水蒸气、CO2、N2等的混合气)、CO或空气等活化气体接触,进行活化反应。活化过程中,碳化料与活化气体发生化学反应,生成新的孔隙结构,从而增加活性炭的比表面积和吸附性能。
除杂与破碎:活化后的活性炭可能含有一些杂质,需要进行除杂处理。同时,为了满足不同应用需求,还需要对活性炭进行破碎和筛分,以获得不同粒度的产品。
二、化学活化法
化学活化法是一种利用化学药剂对含碳原料进行处理,使其转化为活性炭的方法。其步骤如下:
原料准备:选择适当的含碳原料,如木质、煤质或石油焦等。
化学药剂处理:将原料与化学药剂(如磷酸、氯化锌、氢氧化钾等)均匀混合。这些化学药剂在活化过程中起到侵蚀溶解纤维素、促进孔隙生成的作用。
炭化与活化:将混合后的原料进行炭化和活化处理。炭化过程通常在较低的温度下进行,以去除原料中的挥发分和有机物。活化过程则在较高的温度下进行,使原料与化学药剂发生化学反应,生成活性炭。
回收与漂洗:活化后的产物需要进行回收和漂洗处理,以去除残留的化学药剂和杂质。
烘干与研磨:将漂洗后的活性炭进行烘干处理,然后研磨成粉状或粒状产品。
活性炭制作原理
1、炭化
炭化是将含碳原料(如木材、煤、果壳等)在隔绝空气的条件下进行高温加热,使原料中的非碳成分挥发掉,留下以碳为主体的炭化产物。炭化过程通常在几百摄氏度的温度下进行,得到的炭化产物比表面积相对较小,一般只有每克几十平方米左右。
2、活化
活化是将炭化产物进一步处理,以形成发达的孔隙结构和巨大的比表面积。活化过程可以通过物理方法(如气体活化法)或化学方法(如化学活化法)进行。
气体活化法是利用水蒸气、二氧化碳等气体在高温下与炭化产物反应,形成孔隙。化学活化法则是利用活化剂(如氯化锌、磷酸等)在高温下与炭化产物反应,产生孔隙。活化后的活性炭具有微孔、中孔和大孔等多种孔隙结构,微孔直径大多在2~50nm之间,每克活性炭的表面积可达500~1500m²甚至更大。
活性炭的化学方程式
一般的化学方程式为:C6H10O5(木材或其他有机物) + heat(高温) = C(炭) + H2O + CO2
活性炭制作注意事项
1、原料选择与处理
选择合适的原料,如木材、果壳、煤等,确保原料无污染且硬度、孔隙度适中。将原料破碎、研磨成粉末状,并进行筛分,去除杂质和不符合要求的颗粒。
2、活化过程控制
精确控制活化温度和时间,避免原料烧焦或过度活化,影响孔隙度和吸附能力。选择合适的活化方法,如物理活化或化学活化,根据具体需求进行。
3、冷却与后续处理
活性炭在高温下制备完成后,需要采用适当的冷却方式,避免过快或过慢的冷却速度影响炭的孔隙结构。洗涤去除杂质和未活化的部分,然后进行干燥处理,确保活性炭达到一定的含水率。
4、安全防护与环境保护
在制备过程中,应佩戴呼吸防护装置,做好实验室通风工作,防止有害气体和碳黑对人体和环境造成危害。产生的废水、废气等应妥善处理,避免对环境造成污染。