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什么是活性炭?

作者:天旭活性炭 时间:2014-09-28 来源:本站原创
摘要:炭化和活化是活性炭在制造过程必须经历的两个阶段,其中活化的好坏将直接影响成品活性炭的性能,当然原料的选择也对活性炭有着非常直接的影响。

       已经石墨化的微晶和未石墨化的非晶炭质组成了活性炭基本炭质,并因为这些炭质与微晶相互链接组成了活性炭基本形态和丰富的空隙结构。

       炭化和活化是活性炭在制造过程必须经历的两个阶段,其中活化的好坏将直接影响成品活性炭的性能,当然原料的选择也对活性炭有着非常直接的影响。

       活性炭的具体生产工艺将根据原料的不同而有相应的变化,像聚合体一类的原料:聚酰亚胺、聚氯乙烯、树脂等,依据材料本身的物质特性,就可以选择使用物理活化法,这样可以得到高性能的活性炭。
然而当获取的原料为较常见的木质原料,就可以加入一些化学药剂用以辅助,就可以得到质量相当不错的活性炭。

       现今国际上比较常见的制活化方法主要是物理活化法化学活化法物理化学法

       制备活性炭的原材料相当丰富,但基本可以划分为两大类:植物类和矿物类。

       植物类:木屑、椰壳、核桃壳、杏核、橄榄核、稻壳等:

       矿物类:无烟煤、烟煤、石油焦等。

       按原材料来区别的话,活性炭主要有三种:

       木纤维活性炭:椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等;

       矿物质原料活性炭各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭;

       其它原料制成的活性炭:如废橡胶、废塑料等制成的活性炭;

       即使活性炭的原材料储备相当丰富,但也要考虑我国的林业资源和环境状况日趋缩减的问题,积极开拓新的原料来源已经成为活性炭行业目前研究的一个重点。

       现在我国的大部分地方处理果壳、果核、稻壳、木屑等农作物废弃物的手段都是直接燃烧,这样不但造成了很严重的环境污染还有很大的资源浪费。如果能将这些农作废弃物都利用起来,制作高品质的活性炭,不但可以缓解日益严重的环境问题,开可以创造相当客观的经济效益。

       对于活性炭炭化的一般观点是:木材炭化是一连串的物质分解及聚合等反应,包含了四个连续阶段:

       第一阶段:150℃之前结合水脱离;

       第二阶段:150-240℃为纤维素结构氢键断裂;

       第三阶段:240-400℃为木材分子链中H键断裂;

       第四阶段:400℃以上发生芳构化,形成网状结构。

       但实际炭化的生成机制非常的复杂。但也可以简单的整理归纳为:400℃以下的一次分解反应,400℃—700"C的碳氧键断裂反应,700℃—1000℃的脱氧反应等三个反应阶段,原料无论是链状分子物质还是芳香族分子物质,经过上述三个反应阶段获得缩合苯环平面状分子而形成三维网状结构的炭化物。

       随着对木材的炭化演变规律的不断研究发现:随着炭化温度升高,固定碳含量、成品率、酸碱值、比表面积等指标呈规律性递变;慢速炭化时有利于炭化物比表面积提高。

       随着炭化温度的升高,炭化物的聚合度也在不断提升;在600~700℃间时,碳网构造迅猛且发达;但更高的温度下对面时候,部分炭化物从碳网畸变的交叉连接格子结构逐步转化成平面碳网为主的石墨状微晶结构;结构重整过程中表面官能团发生了明显变化,如900℃的炭化物表面重新出现了升温过程中形成的酚羟基。

       依照碳网构造变化情况,炭化过程大致可以分为3个重要阶段:

       第一阶段:600℃之前,纤维质的烧失和初步芳构化形成炭前驱体;

       第二阶段:600~700℃,碳网畸变的交叉连接格子构造的大量形成,聚合度迅速提高;

       第三阶段:700℃之后,碳网的平面有序化和进一步生成。

       通过选择不同的生产工艺和元素分析手段不断的对木材的炭化规律进行研究和总结结果发现:随着炭化温度升高炭化物成品率反而下降,一般在400—600℃之间成品率下降十分明显,此后下降趋于稳定,加盖炭化法的得率高于未加盖法,随着炭化氛围中氧含量的增加,得率相应减少,同时,升温速率对炭化物的得率也有影响。



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