活性炭因其具有巨大的比表面積,發(fā)達的孔隙結構,強大的吸附能力,穩(wěn)定的化學、物理性質,能耐酸堿,耐高溫以及表面含有多種官能團等特性,而被廣泛應用于化學工業(yè)的氣相、液相處理。目前,國內在連續(xù)化裝置中,普遍采用的是煤質柱狀顆?;钚蕴炕蛎嘿|、果殼類不定型顆?;钚蕴?,但由于受到原材料性質的限制,其應用效果亦產(chǎn)生了局限性,我們應用戶要求,研制了木質柱狀顆?;钚蕴俊R驗槟静谋旧砭褪嵌嗫仔缘牟牧?,灰分低,雜質少,所制成的活性炭有獨特的優(yōu)越性,因此木質柱狀顆粒炭的吸附性能大大優(yōu)于煤質炭和果殼類活性炭。
1、研制的機理及生產(chǎn)工藝
我們選擇了資源豐富的松杉木枝丫炭和其鋸屑炭作為原料,經(jīng)磨細、粘結、成型造粒、炭化活化而制取了木質柱狀顆粒活性炭。
對木炭的要求,通常以固定碳在65%以上,灰分在4%以下,揮發(fā)分在18%~25%為宜。木炭的結構屑黑炭類,屬無定型炭。木炭經(jīng)過磨細,除去了間隙,碳骨架就暴露了,這樣對活化效果有好處。同時,炭的細度在成型過程中也起到很大作用,因此,就目前工業(yè)生產(chǎn)的能力,我們把細度定在200~300目/英寸。
原料炭經(jīng)磨細后加上粘結劑進行攪拌成型,也就是炭粉與粘結劑揉成一體,到達一定程度后,壓塊、擠壓成炭條。在揉合過程中,炭粒表面不斷與空氣接觸,如同覆蓋吸附著一層氣膜,它阻隔了與粘結劑的緊密結合,親和力下降,影響成型壓力。如果增加粘結劑的用量或添加水,能起到趕走氣體、克服阻隔的作用,但會造成潤滑過度,成型壓力過低。在相同的炭化溫度下,成型壓力增加,炭化料的強度會提高,反之,則下降。這是與水和油性粘結劑的不相容性以及氣化膨脹性有關,粘結劑的增加造成了炭條中揮發(fā)含量過高,破壞了碳鏈結構。
另外,在相同的活化條件下,因為成型壓力及炭化溫度的不同,其孔隙結構及吸附性能不同,成型壓力的過高,以及在高炭化溫度的過度停留,都會使孔容量減少。為此,我們特配制了一種復合型粘結劑,經(jīng)過反復篩選,優(yōu)選出2種配方,用中溫瀝青和焦油按一定比例調配,同時添加了適量的潤滑劑。在第二種配方中,還添加了助活化劑。炭化工藝采用了瞬間高溫炭化法,有效地避免了氧化,減少了炭的燒失;燒結過程快,盡量多地留下了固定碳與炭粒間的碳鏈結合定型。
在活化過程中,小型試驗爐內部結構模擬了斯列普爐的原理,以致在投入生產(chǎn)型批量試驗變得較為容易。我們采用了調整炭汽比及活化溫度(不同于通常生產(chǎn)顆粒炭的指標),有效地調整了活性炭內部孔容分布,改善了吸附性能。