[发明专利]一种活性炭的制备方法

说明书

技术领域

一种活性炭的制备方法，归属碳材料吸附剂生产领域。

背景技术

活性炭是一种具有高度发达的孔隙结构和极大内表面积的人工炭材料制品。 它主要由碳元素(87％～97％)组成，也含有氢、氧、硫、氮等元素以及一些无机 矿物质。活性炭最显著的特征是吸附作用，它可以从气相或液相中吸附各种物质， 并且吸附能力很强。通常，活性炭的孔容积达0.2～1.0cm²/g，比表面积大于400～ 1000m²/g。与其他种类的吸附剂(树脂、硅胶、沸石等)相比，活性炭具有许多独 特且不可替代的特性，即高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积；炭表面上含有 (或可以附加上)多种官能团(以增加活性点)；具有催化性能；性能稳定，能够在 不同温度、不同酸碱度的环境中使用，可以再生。因此，活性炭的应用领域不断 扩大。从传统的食品、医药脱色、除味和用于防毒面具，到工业上的大规模应用 (如溶剂的精制、回收与分离，在有机合成工业中做催化剂和载体，在国防科学 上用来脱除原子能设施放出的放射性物质等)，特别是近20年来，活性炭在环境 保护方面起到了极其重要的作用；用于净化给水和污水处理、净化空气并除去生 产中排出的有害气体。活性炭成为与人们生产和生活紧密相连、不可短缺的物质。 西方一些发达国家在环保方面的人均活性炭需求量已达到300～400g/(年·人)。 目前，全世界活性炭年消费量超过70万t，并以每年15％的速度递增着。

几乎任何一种天然或合成的含碳物质，如木质原料(木材、果核、果壳)、不 同变质程度的煤和酚醛树脂等合成有机物，都可以用于生产活性炭。

活性炭的生产工序主要包括含碳物质的炭化和活化。炭化过程是将含碳原料 隔绝空气干馏的过程，活化过程，就是使炭形成多孔的微晶结构，具有巨大的比 表面积。活性炭的品质及用途极大地取决于活性炭的活化过程。

自从本纪初(1909年)诞生活性炭工业开始，活性炭生产工艺与设备就分成化 学法活化和气体法活化两大类。经80余年的发展，出现各种活化炉型。工艺逐 渐成熟，新工艺、新设备、新产品不断涌现。不过绝大部分仍属上述两大类型。

1、化学法活化原理

氯化锌和其他化学药品活化法生产活性炭的方法，简称化学法。它是将各种含 碳原料与化学药品均匀地混合(或浸渍)后，在适宜的温度下，经过炭化、活化和 回收化学药品、漂洗、干燥、粉碎等过程，制取活性炭的一种方法。国外常用的 化学药品有氯化锌、磷酸、硫化钾和白云石(CaCO₃·MgCO₃)，国内主要是氯化 锌法，个别的也用磷酸法。

氯化锌法在国内直接用木屑作原料，炭化、活化工序分开或一道完成(回转 炉法)均可。用氯化锌法制定型颗粒炭时，是在炭化前塑化阶段完成挤压成形的， 这时氯化锌既作活化剂又起粘结剂的作用。

关于氯化锌的活化作用，至今还不十分清楚，一般认为氯化锌有如下作用。

氯化锌的强脱水作用，使木质炭化温度显著降低(在150～300℃)，并改变热 分解进程，抑制了焦油的产生，有利于孔隙开放，因焦油物质会堵塞孔隙。氯化 锌在较低温度下(200℃)会使木纤维润胀，并侵蚀到木质内部直至产生熔融混 合物——解聚、塑化过程。由于ZnCI₂沸点732℃、熔点263℃，故在本质炭化 结束的温度下(450℃)它仍是液态存在，不阻碍碳分子的重排、容易形成炭结构， 并在炭内均匀分布，以后把ZnCI₂回收抽出时，就形成发达微细孔。

氯化锌法炭得率较高，一般达40％(对绝干原料)，80％碳转到活性炭中来， 这是氯化锌法的一大特色。另一特色是通过调节氯化锌用量，来调节所产活性炭 的孔隙结构，如生产糖用炭时固体屑与固体锌之比为1:1.6～2.而生产药用炭时 比例调为1:1.1～1.3，即ZnCl₂用量大时，孔径向增大(过汉孔多)方向变动。

同时氯化锌法有污染严重(大气和水体)，有重金属残留影响成品用途等二大 弊端，使用此法的厂家有减少的趋势。

2、气体法活化原理