颗粒活性炭制备的无粘结剂法
栏目:知识热点 发布时间:2021-06-03

无需添加粘结剂制备颗粒活性炭可分为两种:一是将一定形状尺寸的天然木质原料直接进行炭活化,得到无定形颗粒状活性炭;二是在无需添加粘结剂的条件下,化学药剂活化法自成型制备颗粒活性炭。

丰富的成型天然木质植物原料,如椰壳、核桃壳、橄榄核等果壳果核类,可直接通过物理或化学活化法制备不定形颗粒活性炭。Poinern等以澳洲坚果壳为原料,先进行高温炭化,再结合二氧化碳活化法制备颗粒活性炭,并探讨了活化温度对活性炭吸附金的影响。结果表明,高温活化有利于提高颗粒活性炭的吸金容量。贺德留等发明了磷酸法生产木质无定形颗粒活性炭技术,通过对原料(主要是果壳、果核)的预粉碎、浸泡、浮分及低温下干燥炭化处理,活化后可得具有较高强度和吸附力的产品。结果表明,原料粒度为 20 ~ 40 目有利于活化剂的渗透,相比氯化锌法,提高了无定形炭的强度,且碘值>950 mg/g,B 焦糖色>100%,相比物理法其生产成本降低了 40%。

化学活化法自成型制备颗粒活性炭,是在碳质原料中加入一定数量的化学药品,进行充分捏合塑化产生焦油等胶黏和增塑性物质,无需另加粘结剂即可成型,经加热炭活化一步完成的制备方法 。制备颗粒活性炭使用的化学药剂主要有 ZnCl2、H3PO4 、KOH、NaOH、H2SO4、CaCl2、K2CO3等。不同的化学活化剂,对原料的活化机理各不相同。

粘结剂法

添加粘结剂主要是为了解决原料自身无粘结性,成型困难,产品强度、表面光滑度不理想等问题的成型活性炭的制备。粘结剂的种类和用量,很大程度上影响着活性炭的强度和吸附性能。加入粘结剂,往往使颗粒活性炭的部分孔隙堵塞,造成机械强度提高的同时其吸附性能降低。常用粘结剂有煤焦油、淀粉、木焦油、亚硫酸纸浆废液、粘土、废糖蜜、羧甲基纤维素、树脂类等。

煤具有含碳量高、资源丰富、价格低廉等优点,广泛用于颗粒活性炭的制备原料。当前,制造煤质颗粒活性炭所用的原料煤都是无粘结性和弱粘结性的煤,如无烟煤、弱粘煤、褐煤等,因此均需要在原料煤中添加一定数量的粘合剂,使之压制成型。由于煤焦油的沥青含量高,对煤粉的粘结能力强,因此,我国煤质活性炭工厂大多数采用煤焦油作为粘结剂。杜亚平等采用煤焦油作为石油基颗粒活性炭的粘结剂,与无烟煤混捏,经挤压成型,活化制得机械强度较高、微孔发达的颗粒活性炭,可作为净化空气或水用吸附剂。

除了煤质原料,研究者对木质原料及其他原料制备颗粒活性炭也进行了大量研究。夏洪应等以烟杆废弃物为原料,木焦油为复合粘合剂,分别采用水蒸气和二氧化碳活化法制备颗粒活性炭。结果表明,900 ℃活化时,水蒸气法颗粒活性炭呈微孔型,BET 比表面积为 1037 m2/g,总孔容积为0.8152 mL/g;二氧化碳法活性炭炭也呈微孔型,比表面积为 947.81 m2/g,总孔容为 0.48 mL/g,但得率高于水蒸气法。