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(1)磷酸活化法
磷酸法制备活性炭的过程中,磷酸与木质纤维原料的作用机理可分为以下几个方面:润胀作用、加速活化作用、脱水作用、氧化作用和芳香缩合作用。 [2]
磷酸活化法的基本工艺包括木屑筛选、干燥、磷酸溶液配制、混合(或浸渍) 、炭化、活化、回收、漂洗(包括酸处理和水洗)、离心脱水、干燥与磨粉等工序,如生产颗粒活性炭还需增加捏合工艺。另外,附设专门的废气净化系统,回收烟气中的磷酸和炭粉,减少对环境的污染。磷酸活化法的生产工艺中,要注意在炭化段控制度,让磷酸充分渗透入木屑,再与活化段协同控制,可以明显提高活性炭吸附能力,产品质量稳定,同时适当降低活化温度对降低产品灰分有利。炭活化尾气采用多段液相回收可以增加磷酸和细炭粉的回收,采用高压静电方式也有利于尾气中焦油的去除。
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根据活性炭的外形,通常分为粉状和粒状两大类。粒状活性炭又有圆柱形、球形、空心圆柱形和空心球形以及不规则形状的破碎炭等。随着现代工业和科学技术的发展,出现了许多活性炭新品种,如炭分子筛、球炭、活性炭纳米管、活性炭纤维等。 [5]
孔隙结构
活性炭是由石墨晶、单一平面网状碳和无定形碳三部分组成,其中石墨晶是构成活性炭的主体部分。活性炭的晶结构不同于石墨的晶结构,其晶结构的层间距在0.34~0.35nm之间,间隙大。即使温度高达2000 ℃以上也难以转化为石墨,这种晶结构称为非石墨晶,绝大部分活性炭属于非石墨结构。石墨型结构的晶排列较有规则,可经处理后转化为石墨。非石墨状晶结构使活性炭具有发达的孔隙结构,其孔隙结构可由孔径分布表征。活性炭的孔径分布范围很宽,从小于1nm到数千nm。有学者提出将活性炭的孔径分为三类:孔径小于2nm为孔,孔径在2~50nm为中孔,孔径大于50nm为大孔。
应用简史
(1)国外应用简史
公元前约3750年,古埃及就有使用木炭的记载。 [4]
1900年英国人首次发明以金属氯化物炭化植物来制造活性炭的方法。 [4]
1917年一战双方均已在防毒面具里使用活性炭。 [4]
1927年美国芝加哥自来水厂发生了恶臭事故,此后活性炭被广泛应用于自来水除臭。 [4]
1930 年 个使用粒状活性炭吸附池除臭的水厂建于美国费城。 [4]
20世纪60年代末70年代初,由于煤质粒状炭的大量生产和再生设备的问世,发达 开展了利用活性炭吸附去除水中量有机物的研究工作,对饮用水进行深度处理。粒状活性炭净化的装置在美国、欧洲、日本等国陆续建成投产。美国以地面水为水源的水厂已有90%以上采用了活性炭吸附工艺