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活性炭的种类及定义标准

发布日期:2012-07-03  来源:大禹网
炭化材最好大小均匀,一般要求直径不大于10厘米,若直径太大,应把它劈开,劈裂线长度要求小于12厘米。炭化材的长度以炭化炉或炭窑的高度决定,若大材不劈开,因木材的导热性差,炭化时产生的气体混合物,由木材内部通向外部,所需通过的路径很长,炭化时间也长。会导致木材机械强度下降。

  活性炭的种类及定义标准

  活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色,内部孔隙结构发达、表面积大,吸附能力强的一类微晶质碳素材料。它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体,广泛应用于几乎所有的国民经济部门和人们的日常生活。

  活性炭分类-由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭品种不下千种。

  首先,按原料来源分,可分为木质活性炭(如椰壳活性炭、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)。

  其次,按制造方法分,可分为:化学法活性炭(化学炭)和物理法活性炭及化学--物理法或物理--化学法活性炭

  化学法活性炭即:将含碳原料与某些化学药品混合后进行热处理,制取活性炭的方法叫化学法。用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭或化学炭。

  可以作为化学法的化学药品又称作活化剂,活化剂有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等,总之许多酸、碱、盐都可以用作活化剂,主要从活性炭的性能和经济性来考虑采用何种活化剂。

  一般说来,化学炭的孔隙中次微孔、中孔(即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙)较发达,主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相(蒸汽)吸附场合。

  化学法制造活性炭由于加入了化学药品在制造过程中应当极其重视环境保护以及产品中可能存在微量非原料带入的元素的影响问题。

  物理法活性炭即:以炭为原料用水蒸汽、二氧化碳、空气(主要是氧)或它们的混合物(烟道气)为活化介质,在高温下(600~1000℃)进行活化制取活性炭的方法叫物理法。物理法制造的活性炭叫物理法活性炭,也称作物理炭。

  一般说来物理炭的微孔(孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙)发达,主要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合。

  化学--物理法或物理--化学法活性炭

  在了解化学炭和物理炭的同时,还应当提及化学--物理法或物理--化学法活性炭。选用不同的原料和采用不同的化学法与物理法的组合可以对活性炭的孔隙结构进行调控,从而制取许多性能不同的活性炭。这种化学--物理法或物理--化学法是许多年来及今后相当长时期内世界各国活性炭工作者非常关注的活性炭制取方法。

  再次,按外观形状分

  粉状活性炭:一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。粉状炭在使用时有吸附速度较快,吸附能力使用充分等优点,但需专有的分离方法。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现,粉状炭的粒度有越来越细化的倾向,有的场合已达到微米甚至纳米级。

  颗粒活性炭:通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。

  颗料活性炭又分为下列几种——

  不定型颗料活性炭:不定型颗料活性炭一般由颗料状原料经炭化、活化,然后破碎筛分至需要粒度制成,也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成。圆柱形活性炭:圆柱形活性炭又称柱状炭,一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。柱状炭又有实心和中空之分,中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个有规则的小孔。

  球形活性炭:球形活性炭故名思义是圆球形的活性炭,它的制取方法与柱状炭类似,但有成球过程。也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成,还可以用粉状活性炭加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分。其它形状的活性炭:除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外,还有其他形状的,如活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等等。

  再其次,按应用场合分:前已述及活性炭广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的日常生活,正因为如此,按活性炭应用场合进行分类是很困难的,问题在于同一种活性炭可以应用于多种场合,而某种场合又可以用多种活性炭达到相同的目的。人们往往是由应用来获得对活性炭的认识的,所以往往在活性炭词语前冠似×××活性炭也作为的定俗成的活性炭的模糊分类方法。

  木质材料炭化过程发生什么变化?

  木材、木屑、树根、果核和果壳等木质材料的炭化,是把它放在炭化设备内加热,进行热分解。在热解过程,发生一系列复杂化学反应,产生很多新生产物,木质材料发生了变化。

  根据热分解过程的温度变化和生成产物的情况等特征,炭化过程大体上可分为如下四个阶段。

  1. 干燥阶段

  这个阶段的温度在120—150摄氏度,热解速度非常缓慢,主要是木材中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发,木质材料的化学组成几乎没有变化。

  2. 预炭化阶段

  这个阶段的温度为150—275摄氏度,木质材料热分解反应比较明显,木质材料化学组成开始发生变化,其中不稳定的组分,如半纤维素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。

  以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升,所以又称为吸热分解阶段。

  3. 炭化阶段

  这个阶段的温度为275—400摄氏度,在这个阶段中,木质材料急剧地进行热分解,生成大量分解产物。生成的液体产物中含有大量醋酸、甲醇和木焦油,生成的气体产物中二氧化碳含量逐渐减少,而甲烷、乙烯等可燃性气体逐渐增多。这一阶段放出大量反应热,所以又称为放热反应阶段。

  4. 煅烧阶段

  温度上升到450—500摄氏度,这个阶段依靠外部供给热量进行木炭的煅烧,排出残留在木炭中的挥发性物质,提高木炭的固定碳含量。这时生成液体产物已经很少。

  应当指出,实际上这四个阶段的界限难以明确划分,由于炭化设备各个部位受热量不同,木质材料的导热系数又较小,因此,设备内木质材料所处的位置不同,甚至大块木材的内部和外部,也可能处于不同热解阶段。

  炭化对原料的要求

  炭化的原料很多,薪材、森林采伐剩余物、森林抚育时消除的杂木、木材加工厂的剩余物,如木屑等都可以进行炭化。除木屑为粒状,需采用特殊炭化炉炭化外,其他原料多以木段为主,都适合大多数炭化炉或炭窑炭化原料的要求。

  炭化原料树种可分为三类:第一类为硬阔叶材,如水青冈、麻栎、苦槠、榆等;第二类为软阔叶材,如杨、柳、椴等;第三类为针叶材,如马尾松、南亚松、湿地松等。要生产出高质量的木炭,以适合冶金工业和二硫化碳工业等工业部门使用,炭化原料应选用硬阔叶材,而针叶材常用来生产松木炭,用于制造活性炭。

  炭化材最好大小均匀,一般要求直径不大于10厘米,若直径太大,应把它劈开,劈裂线长度要求小于12厘米。炭化材的长度以炭化炉或炭窑的高度决定,若大材不劈开,因木材的导热性差,炭化时产生的气体混合物,由木材内部通向外部,所需通过的路径很长,炭化时间也长。会导致木材机械强度下降。

  供炭化的薪材多属萌芽林,故最好在秋冬季采伐,此时,树木处于休眠阶段,树液停止流动,根部贮存物质,不受损害,利于来年萌芽更新;而且秋季天气晴朗,相对湿度小,木材含水量低,伐下的薪材易干燥,可缩短炭化时间,减少燃料消耗,生产的木炭裂缝少,质量高。

  【活性炭的生产全部工艺】

  炭窑修筑前,都要进行窑址选择,对窑址有如下要求:

  1. 附近资源丰富,原料和木炭的运输比较方便;

  2. 靠近水源,但又不会受到地表水冲刷淹没,或积聚雨水;

  3. 土质坚实,最好是能耐火烧的粘土;

  4. 坡度较小,又有堆放原料和木炭的地方;

  5. 如果是山坡地,选择的山坡方向要使筑成的炭窑燃烧室通风口朝向常风的方向,有利于通风和燃烧。

  现以猪头窑为例子,说明炭窑的筑造过程。

  在选好的窑址上,画一个等边三角形,其中一个顶角,用于联接燃烧室,这个顶角应朝常风方向。三角形边长约2.1米并修成弧形,在线内向下挖1米深左右,即为炭化室。在燃烧室对面炭化室后下方正中挖烟道腔和排烟孔,孔高14厘米,宽18厘米,炭化室前端略高于后端。在炭化室前端三角形顶角打一排横向木楔后即进行装柴,薪材直立装入炭化室中,质量好的上等薪材装在后面,中等的装在中间,质量差的下等材装在最前面,装材细头向下,粗头向上,中心略高于四周,使薪材堆成拱形。上面盖上一层稻草,在炭化室的后面两个边角上放上二个藤圈,在炭化室的中前部近边线上也放上二个藤圈,这四个藤圈作为烟孔。然后沿四周铺泥土,筑窑盖,边铺土,边打紧,锤打得越紧越好,窑盖筑好后,将烟孔中的泥土挖去,并铺上松土。

  在炭化室前面筑燃烧室,燃烧室前端低于后端。

  筑好窑型后就可进行烘窑,烘窑时,在燃烧室点火,火力不要太猛。如果烘窑速度太快,炭窑将不够坚实,火烧去木楔,形成通道,逐渐烧入炭化室,待烟孔松土发白时,把松土挖去,从烟孔冒出白烟,当烟色转青时,将烟孔盖上,打开烟道口,使烟气从烟道口冒出,烟色变青时,将所有孔口堵塞,进行闷窑,经2天冷却后,炭窑即成型固定,在窑的侧面开一个出炭门,进行出炭,以后可以继续装柴烧炭,其过程和前面烘窑相同,只是烧炭时间较短,正常的烧炭周转时间约3—4天。
 

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