物理法的基本工藝過(guò)程
物理法制造活性炭的基本工藝流程是粉狀活性發(fā)生產(chǎn)流程，圖3-2(b)是無(wú)定形活性炭和成型活性炭生產(chǎn)流程(。
由此可看出，物理法活性炭生產(chǎn)工藝大致包括以下主要工段，原料處理工段、活化工段、后處理工段和成品工段。
二、物理法工藝過(guò)程及相應(yīng)生產(chǎn)裝置
1.原料預(yù)處理工段
由于制備活性炭的原料種類很多，有木質(zhì)原料、煤質(zhì)原料、人造材料和工業(yè)廢料等，不同原料有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，包括不同的粒徑、粒徑分布和灰分、揮發(fā)分含量等，因此針對(duì)不同原料也需要進(jìn)行不同的預(yù)處理。
預(yù)處理的目的有三個(gè)，是可以使得原料的外觀和粒度較適合炭化、活化設(shè)備，并滿足使用者對(duì)產(chǎn)品的要求;第二是可以除去大部分對(duì)活化反應(yīng)和產(chǎn)品性能不利的雜質(zhì);第三是可以盡可能減小原料發(fā)生石墨化的趨勢(shì)，從而有利于得到吸附性能優(yōu)良的活性炭產(chǎn)品。
為得到合適粒度的原料并除去雜質(zhì)，可采用破碎、篩分、揚(yáng)析和除鐵等工藝過(guò)程，并根據(jù)不同原料的特性選用相應(yīng)的礦石、糧食或者飼料加工設(shè)備。以爆作為原料時(shí)宜選擇特定煤層的原煤或經(jīng)過(guò)洗煤處理的煤。特別需要指出的是

物理法制備技術(shù)與裝置
隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低，活化時(shí)間為3h時(shí)可得到具有大碘吸附容量的活性炭產(chǎn)品，
活化氣體流量
活化氣體流量增加則反應(yīng)速率增加，但當(dāng)活化劑流速達(dá)到一定值后，反應(yīng)速率將為一常數(shù)而不再增加，當(dāng)流速較低時(shí)，所制得的活性炭微孔容積大，而流速高時(shí)微孔容積反而減小，這是由于高流速使炭的外表面燒蝕產(chǎn)生不均勻活化，從而使微孔容積降低，Manochs等在以松木為原料制備活性炭的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水蒸氣流量這一因素對(duì)活性炭表面化學(xué)性質(zhì)和形貌有十分重要的影響，可以通過(guò)控制水蒸氣的流量控制孔徑和微孔率[10)。
原料中灰分含量
據(jù)研究表明，堿金屬、鐵、銅等氧化物和碳酸鹽在水蒸氣活化過(guò)程中可起到催化作用，因此在活化物料中加入少許此類物質(zhì)可以加快活化反應(yīng)速率。例如國(guó)內(nèi)有專利采用Ca為催化劑，使水蒸氣與碳反應(yīng)的活化能由185kJ/mol下降到164~169kJ/mol，所得活性炭孔徑分布集中于5~10nm，表3-4為幾種無(wú)機(jī)鹽在1000℃下對(duì)水蒸氣與石墨反應(yīng)速率的影響[12]。
表3-4 無(wú)機(jī)鹽對(duì)水蒸氣與石墨反應(yīng)速率的影響
處理?xiàng)l件 灰分 相對(duì)氣化速度
無(wú) 0.005 1
0.1mol/L Ni( NOs ) 2
0.1molL Fe ( NO3 )2
0.1mol/L Co(NOa):
0.14
0.14
0.14321827
0.02moI/LNHaNO3 Q03 22
注，水蒸氣流量為0.52X10-mol/s,
另?yè)?jù)Holmes和Emmett的研究表明，原料中所含的無(wú)機(jī)雜質(zhì)在活化過(guò)程中常促進(jìn)孔隙由小變大，而且在0.7~1.0的相對(duì)壓力范圍內(nèi)吸附等溫線的斜率有所增加，說(shuō)明中大孔的比率增加了3)，這與前文提到的金屬在活化過(guò)程中的催化作用相吻合。
原料炭化溫度
炭化料的活化反應(yīng)活性與其揮發(fā)分的含量密切相關(guān)，而揮發(fā)分的含量又由炭化溫度決定。圖3-1給出了炭化溫度對(duì)碳與CO?的反應(yīng)活性，可以看出當(dāng)炭化溫度為600℃左右時(shí)所得到的炭化料顯示出高的反應(yīng)活性、若炭化溫度進(jìn)一步升高則反應(yīng)活性明顯下降。此外還有研究發(fā)現(xiàn)碳材料隨著加工溫度的升高，基本微品有增大的趨勢(shì)，生產(chǎn)實(shí)踐也表明炭化溫度升高則活化過(guò)程所需的溫度也相應(yīng)提高，但石油焦是例外，因?yàn)樵谳^高溫度下石油焦容易發(fā)生石墨化轉(zhuǎn)變，形成大面積的石墨晶體結(jié)構(gòu)，難以形成豐富的孔除結(jié)構(gòu)，因此用普通氣體活化法很難得到吸附性能優(yōu)良的活性炭產(chǎn)品，Bouchelta等以棗核為原料制

物理法制備技術(shù)與裝置

活性炭物理法機(jī)理簡(jiǎn)介
物理法通常指氣體活化法，是以水蒸氣、煙道氣(水蒸氣、CO2、N?等的混合氣)、CO:或空氣等作為活化氣體，在800~1000℃的高溫下與已經(jīng)過(guò)炭化的原材料接觸進(jìn)行活化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，具有氧化性的活化氣體在高溫下侵蝕炭化料的表面，使炭化料中原有閉塞的孔隙重新開(kāi)放并進(jìn)一步擴(kuò)大，某些結(jié)構(gòu)因選擇性氧化而產(chǎn)生新的孔隙，同時(shí)焦油和未炭化物等也被除去，終得到活性炭產(chǎn)品。由于物理法通常采用氣體作為活化劑，工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對(duì)環(huán)境污染小，而且終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，應(yīng)用范圍廣，因此在活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。下面對(duì)物理活化法的機(jī)理、工藝流程、裝置設(shè)備及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行具體闡述。
一、原料炭化
物理法制備活性炭需要先將原料在400~600℃下進(jìn)行炭化處理，使原料中碳元素以外的主要元素(氫、氧等)以氣體形式脫除，通過(guò)CO:、CO 的形式也可使一部分碳元素釋放出去，殘留的碳元素則多數(shù)以類似石墨的碳微晶形態(tài)存在。然而和石墨晶體不同的是，這些碳微晶的排列是雜亂無(wú)章的，因此形成了具有活性炭原始形態(tài)的結(jié)構(gòu)。但是僅僅經(jīng)過(guò)炭化處理，碳微晶的周圍以及碳微晶之間的縫隙仍被熱解所產(chǎn)生的焦油或者無(wú)定形碳堵塞，因此需要進(jìn)一步活化處理，除去這些堵塞孔隙的物質(zhì)才能得到具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。
二、氣體活化法過(guò)程簡(jiǎn)述
在炭化的中間產(chǎn)物進(jìn)行活化期間，是基本碳微晶以外的無(wú)定形碳