果壳活性炭原料炭化及气体活化法过程简述

果壳活性炭原料炭化及气体活化法过程简述：物理法通常指气体活化法，是以水蒸气、烟道气（水蒸气、CO2、N2等的混合气）、CO2或空气等作为活化气体，在800～1000的高温下与已经过炭化的原材料接触进行活化的过程。在这个过程中，具有氧化性的活化气体在高温下侵蚀炭化料的表面，使炭化料中原有闭塞的孔隙重新开放并进一步扩大，某些结构因选择性氧化而产生新的孔隙，同时焦油和未炭化物等也被除去，终得到活性炭产品。由于物理法通常采用气体作为活化剂，工艺流程相对简单，产生的废气以CO2和水蒸气为主，对环境污染小，而且终得到的活性炭产品比表面积高，孔隙结构发达，应用范围广，因此在活性炭生产厂家中70％以上都采用物理法生产活性炭。下面对物理活化法的机理、工艺流程、装置设备及国内外发展现状等进行具体阐述
活性炭原料炭化
物理法制备活性炭需要先将原料在400～600℃下进行炭化处理，使原料中碳元素以外的主要元素（氯、氧等）以气体形式脱除，通过CO2、CO的形式也可使一部分碳元素释放出去，残留的碳元素则多数以类似石墨的碳微晶形态存在。然而和石墨晶体不同的是，这些碳微晶的排列是杂乱无章的，因此形成了具有活性炭原始形态的结构。但是仅仅经过炭化处理，碳微晶的周围以及碳微晶之间的缝隙仍被热解所产生的焦油或者无定形碳堵塞，因此需要进一步活化处理，除去这些堵塞孔隙的物质才能得到具有发达孔隙结构的活性炭。在炭化的中间产物进行活化期间，首先是基本碳微晶以外的无定形碳与活。化气体反应并以气体形式脱离，使微晶表面逐渐暴露。之后微晶发生活化反应，但活化反应的速率在与碳网平面平行的方向大于垂直碳网平面的方向。末观点认为，在碳微晶边角和有缺陷的位置上的碳原子由于其化合价未被相邻碳原子饱和，因此化学性质更为活泼，往往更易于与活化剂反应，这咝碳原子即构成所谓的“活性点”。这些“活性点”与活化剂反应后以CO和CO2等形式逸出，使新的不饱和碳原子又暴露出来继续参与反应，因此微晶外表面的碳元素的脱离与微晶的不均匀气化反应共同形成形了新的孔隙结构，这是活化一阶段，即造孔阶段。随着活化反应的进一步进行，得到的孔隙进一步扩大加宽，或者是相邻微孔之间的孔壁被烧蚀使微孔合并形成中大孔，这是活化的阶段，即扩孔阶段。随着活化反应进行到三阶段，即造孔阶段，尽管会不生新的微孔，但由于扩孔效应影响更大，中大孔数目越来越多，因此比面积及微孔容积仍会逐渐减小。从这种活化方式来看，孔隙的结构与气化损失率密切相关。根据杜比宁（ Dubinin）的观点，当气化损失率小于50％的时候将得到以微孔为主的活性炭；气化损失率大于75％时则得到以大孔为主的活性炭；气化损失率介于二者之间时则得到的活性炭兼具微孔和大孔结构。此外也有不少研究表明气体活化过程中活性炭表面的官能团会发生活化程度的测定方法可通过气化量，即活化期间炭的质量比活化前原料炭的质量减少的百分比表示；另外也可通过活化得率，即活化后得到的活性炭质量占活化前炭化料质量的百分比来表示。气化量与活化得率之间的关系如下：式中，A为活化得率，％；B为气化量，％。

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