木制活性炭是以优质木屑、木块、椰子壳、果壳等为原料,采用物理法、磷酸法、氯化锌法进行加工生产。由于这几种处理方法,使得木质活性炭的中孔结构和比表面积更加丰富,吸附容量大,过滤速度快。灰分高,孔径分布合理,着火点也相对较高。下面就来了解一下木质活性炭的生产方法与影响生产的因素都有哪些?
一、木质活性炭的生产方法
1.物理生产方法。
物理法是先将木质高温炭化,取出后粉碎成5-25毫米的小块,再在活化炉内用高温蒸汽活化。
热蒸汽是从活化炉上部引入的。在此过程中,活性炭被从反应活化炉的底部移除。炭化反应在高温下为吸热反应过程。炭化过程需要加热活化炉温不低于800度,反应物在经过燃烧时所产生的氢气和一氧化碳为热量。实践中,通过炭化反应释放出氢气和一氧化碳燃烧后释放出足够的热量来补充该反应所需的热量,将活化炉内的温度保持在800-900度之间,这样就可以让活化反应在没有加热的情况下进行。
2.化学生产方法
氯化锌可进行脱水系统,在氯化锌溶液中浸入木质原料和纤维中,木质结构组织相关细胞内的氢、氧元素以水分子的形式分离出来,并在水中全部脱除,形成木质活性炭。
利用工业纯氯化锌制取4.6-6.6的pH溶液,以木质溶液与氯化锌1:4的比例加入混合槽,将木屑粉碎成木屑和干燥备用,完全搅拌均匀,放置20分钟以上,可使氯化锌溶液浸入木质纤维细胞,为充分活化提供条件。
在炭化炉的底部,将放置的混合料从炭化炉的上端加入高温蒸汽量,以增加高温水蒸汽与混料的反应界面,使木质充分炭化,炭化炉可选用回转式炭化炉。
经激活反应后,除氯化锌和木质活性炭产物作为活化剂外,还存在氧化锌和氢氧化锌,可用稀盐酸将氧化锌还原为氢氧化锌,氯化锌可作为炭化剂加入下一次炭活化反应。
二、影响木质活性炭生产的因素
木屑树种的影响:实验证明,木质活性炭的吸附性能与木屑树种有密切关系,多数情况下,认为杉木层较松木屑好,松木屑较硬杂木屑好,软木屑较硬杂木屑好、材质硬的木屑会影响氯化锌溶液渗透速度。但是,选择合适的生产条件,混合木屑作为原料,也能克服原料的不利影响,生产出合格的活性炭。
木屑含水量的影响:木屑水分含量对炭活化过程无直接影响,但会影响其渗透速度,从而影响其浸渍时间。对于连续的浸入或搅拌工艺尤其重要。高含水量(高于纤维饱和点)的木屑不仅降低了氯化锌溶液的渗透率,也降低了氯化锌溶液的浓度,从而影响炭的活化效果。结果表明,木屑含水率大于30%时,其浸渍时间为8h以上,木屑含水率在饱和点以下时,其渗透率稍高。当含水量低于15%时,混合时间较短(15min)。木材水分含量也影响其对氯化锌溶液的吸收。
木制活性炭颗粒度的影响:生产木粉活性炭时,木粉颗粒度在0.425-3.35mm之间,对产品质量没有明显影响。一般而言,原料粒度小、浸渍效果好、制炭吸附性能好。原材料木屑粒度的均匀性对产品质量的定性有一定的影响。
木质活性炭锌屑比的影响:指无水氯化锌与绝干木屑质量的比值,是影响木质活性炭孔径分布和孔隙度的重要因素。活化料中,氯化锌占有的体积近似等于其回收氯化锌后活性炭的孔隙体积。将锌屑比作氯化锌法活化程度的一种近似测度。所用的锌屑比不同,制备的活性炭性能也不同。当浸渍率一定范围内,增加氯化锌对活性炭的吸附性和孔隙性有明显的改善作用。
活化温度的影响:活化温度指活化过程中活化料的极高温度,是影响活性炭孔性能的一个重要因素。制得较好的氯化锌活性炭温度在600℃左右,过高的活化温度会引起已生孔塌陷,增加了氯化锌的挥发量,不仅增加了活化剂的浪费,提高了生产成本,还导致了严重的环境污染问题。
活化时间的影响:活化时间是指在一定活化温度下的时间,是影响木质活性炭质量的重要因素之一。但是随着活化时间的延长,生成的孔隙被烧结封闭,导致活性炭各项性能开始下降,活化时间选择在1h比较好。在激活时间从0.5h增加到3.5h时,得率从43%下降到29%,在刚开始的1.25h下降会相对较快,到那时达到837.54mg/g/g,而在前1.25小时内,中孔增大是有利的,随着活化时间的延长,中孔开始塌陷,变成大孔。
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