顆粒活性炭

顆粒活性炭分為定型和不定型顆粒。主要以椰殼、果殼和煤質(zhì)為原料，經(jīng)系列生產(chǎn)工藝精加工而成。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于飲用水、工業(yè)用水、釀酒、廢氣處理、脫色、干燥劑、氣體凈化等領(lǐng)域。顆粒狀活性炭選用優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤為原料，采用先進(jìn)工藝精制加工而成，外觀呈黑色不定型顆粒；具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的吸附性能，機(jī)械強(qiáng)度高，易反復(fù)再生，造價(jià)低等特點(diǎn)；用于氣體的凈化，廢氣處理，工業(yè)和生活用水的凈化處理，溶劑回收等方面。

基本信息
活性炭作為多孔性吸附劑，是一種由碳質(zhì)原料經(jīng)炭化、活化后微細(xì)石墨狀微晶和碳?xì)浠衔飿?gòu)成的非結(jié)晶性物質(zhì)。活性炭的種類因其外觀形狀、制備原料、制造方法及用途等不同，而呈現(xiàn)多樣性。按外部形狀通常分為粉末狀活性炭和顆粒狀活性炭。粉狀活性炭多為木質(zhì)活性炭，因其存在濾面易堵塞、粉末難分離等問(wèn)題，未能達(dá)到某些行業(yè)的使用標(biāo)準(zhǔn)。因此，顆粒狀活性炭得到越來(lái)越多的重視和研究，其具有一定形狀，機(jī)械強(qiáng)度高，粉塵污染少，在制備、儲(chǔ)存、使用過(guò)程中具備優(yōu)勢(shì)，易于滿足不同行業(yè)的特殊要求。但是，顆粒狀活性炭制備存在的生產(chǎn)成本高、污染大等問(wèn)題，仍未得到較好的解決。因此，開(kāi)發(fā)一種低生產(chǎn)成本、高機(jī)械強(qiáng)度、高吸附效率的“一低兩高" 活性炭，將具有重要的研究意義和廣泛的市場(chǎng)前景。
分類
活性炭按生產(chǎn)原料分為椰殼活性炭、煤質(zhì)活性炭、果殼活性炭等。

椰殼活性炭以優(yōu)質(zhì)椰殼為原料，經(jīng)系列生產(chǎn)工藝精加工而成。外觀為黑色，呈顆粒狀，具有空隙發(fā)達(dá)、吸附性能好、強(qiáng)度高、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)。
產(chǎn)品主要用于飲用水、純凈水、自來(lái)水、制酒、飲料、工業(yè)用水的凈化、脫色、脫氯、除臭、干燥劑、催化載體等方面。
果殼活性炭
果殼活性炭以桃殼、杏殼等果核殼為原料，經(jīng)系列生產(chǎn)工藝精加工而成。外觀為黑色，呈顆粒狀，具有空隙發(fā)達(dá)、吸附性能好、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)。
產(chǎn)品主要用于電廠鍋爐用水，工業(yè)用水，生活用水，飲料用水及其他各種工業(yè)廢水的凈化、提純、脫色等。
煤質(zhì)活性炭
煤質(zhì)活性炭規(guī)格齊全，分為定型和不定型顆粒。不定型顆粒產(chǎn)品主要用于工業(yè)用水其他各種工業(yè)廢水的凈化、提純、脫色等, 能有效凈化生活污水、化工污水。定型顆粒產(chǎn)品主要用于氣體處理、污水處理、脫硫脫硝、溶劑回收、制氮機(jī)/空分設(shè)備、噴涂車間等。
制備原料
制備活性炭的原料十分廣泛，含碳物質(zhì)均可以成為制備活性炭的原料，這些原料同樣也可適用于顆粒活性炭的制備，它們主要分為兩大類：煤質(zhì)原料、木質(zhì)原料。煤質(zhì)原料主要有無(wú)煙煤、煤泥、褐剁及石油焦及煤基類；木質(zhì)原料主要指核桃殼、木材、果殼、竹質(zhì)、農(nóng)作物秸稈、含碳廢渣等。此外，利用除塵灰分離炭粉和廢聚苯乙烯泡沫等原料也可以制備出質(zhì)量較好的顆活性炭。
制備方法
顆粒狀活性炭的制備方法主要分為兩大類：1)無(wú)需添加粘結(jié)劑直接進(jìn)行炭活化

2)添加粘結(jié)劑使碳質(zhì)前驅(qū)體加工成型，再進(jìn)行炭活化工序。
無(wú)粘結(jié)劑法
無(wú)需添加粘結(jié)劑制備活性炭可分為兩種：一是將一定形狀尺寸的天然木質(zhì)原料直接進(jìn)行炭活化，得到無(wú)定形顆粒狀活性炭；二是在無(wú)需添加粘結(jié)劑的條件下，化學(xué)藥劑活化法自成型制備顆粒狀活性炭。
豐富的成型天然木質(zhì)植物原料，如椰殼、核桃殼、橄欖核等果殼果核類，可直接通過(guò)物理或化學(xué)活化法制備不定形顆粒狀活性炭。Poinern等以澳洲堅(jiān)果殼為原料，先進(jìn)行高溫炭化，再結(jié)合二氧化碳活化法制備顆粒狀活性炭，并探討了活化溫度對(duì)活性炭吸附金的影響。結(jié)果表明，高溫活化有利于提高顆粒狀活性炭的吸金容量。賀德留等發(fā)明了磷酸法生產(chǎn)木質(zhì)無(wú)定形顆粒狀活性炭技術(shù)，通過(guò)對(duì)原料(主要是果殼、果核)的預(yù)粉碎、浸泡、浮分及低溫下干燥炭化處理，活化后可得具有較高強(qiáng)度和吸附力的產(chǎn)品。結(jié)果表明，原料粒度為 20 ~ 40 目有利于活化劑的滲透，相比氯化鋅法，提高了無(wú)定形炭的強(qiáng)度，且dian值>950 mg/g，相比物理法其生產(chǎn)成本降低了 40%。
化學(xué)活化法自成型制備顆粒狀活性炭，是在碳質(zhì)原料中加入一定數(shù)量的化學(xué)藥品，進(jìn)行充分捏合塑化產(chǎn)生焦油等膠黏和增塑性物質(zhì)，無(wú)需另加粘結(jié)劑即可成型，經(jīng)加熱炭活化一步完成的制備方法 。制備顆粒狀活性炭使用的化學(xué)藥劑主要有 ZnCl2、H3PO4 、KOH、NaOH、H2SO4、CaCl2、K2CO3等。不同的化學(xué)活化劑，對(duì)原料的活化機(jī)理各不相同。
粘結(jié)劑法
添加粘結(jié)劑主要是為了解決原料自身無(wú)粘結(jié)性，成型困難，產(chǎn)品強(qiáng)度、表面光滑度不理想等問(wèn)題的成型活性炭的制備。粘結(jié)劑的種類和用量，很大程度上影響著活性炭的強(qiáng)度和吸附性能。加入粘結(jié)劑，往往使顆粒狀活性炭的部分孔隙堵塞，造成機(jī)械強(qiáng)度提高的同時(shí)其吸附性能降低。常用粘結(jié)劑有煤焦油、淀粉、木焦油、亞硫酸紙漿廢液、粘土、廢糖蜜、羧甲基纖維素、樹(shù)脂類等。
煤具有含碳量高、資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于顆粒狀活性炭的制備原料。當(dāng)前，制造煤質(zhì)顆粒狀活性炭所用的原料煤都是無(wú)粘結(jié)性和弱粘結(jié)性的煤，如無(wú)煙煤、弱粘煤、褐煤等，因此均需要在原料煤中添加一定數(shù)量的粘合劑，使之壓制成型。由于煤焦油的瀝青含量高，對(duì)煤粉的粘結(jié)能力強(qiáng)，因此，我國(guó)煤質(zhì)活性炭工廠大多數(shù)采用煤焦油作為粘結(jié)劑。杜亞平等采用煤焦油作為石油基顆粒狀活性炭的粘結(jié)劑，與無(wú)煙煤混捏，經(jīng)擠壓成型，活化制得機(jī)械強(qiáng)度較高、微孔發(fā)達(dá)的顆粒狀活性炭，可作為凈化空氣或水用吸附劑。
除了煤質(zhì)原料，研究者對(duì)木質(zhì)原料及其他原料制備顆粒狀活性炭也進(jìn)行了大量研究。夏洪應(yīng)等以煙桿廢棄物為原料，木焦油為復(fù)合粘合劑，分別采用水蒸氣和二氧化碳活化法制備顆粒狀活性炭。結(jié)果表明，900 ℃活化時(shí)，水蒸氣法顆粒狀活性炭呈微孔型，BET 比表面積為 1037 m2/g，總孔容積為0.8152 mL/g；二氧化碳法活性炭炭也呈微孔型，比表面積為 947.81 m2/g，總孔容為 0.48 mL/g，但得率高于水蒸氣法。
應(yīng)用
顆粒狀活性炭因其巨大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)，以及機(jī)械強(qiáng)度高、耐酸耐堿、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)特征，而廣泛用于化工、食品、醫(yī)療、國(guó)防等領(lǐng)域，特別是在環(huán)保問(wèn)題上，活性炭作為氣、液相吸附劑治理空氣污染和水污染具有重要的研究意義。顆粒狀活性炭吸附劑是利用活性炭的物理吸附、化學(xué)吸附及氧化催化等性能去除水中和大氣中的污染物。
顆粒狀活性炭作為清潔能源的高效吸附劑，已經(jīng)為天然氣、氫氣等潔凈能源的儲(chǔ)存運(yùn)輸提供較大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，顆粒狀活性炭還廣泛用于氣體精制：公共或居住場(chǎng)所難聞的異味，如餐廳食物的氣味、圖書館和辦公室的紙味及汗臭味等都是令人不愉快的，可用顆粒狀活性炭?jī)艋覂?nèi)空氣；工業(yè)廠房，如食品加工、制造藥品或精密儀器室等空氣中含有煙霧、灰塵和刺激物成分，將影響工作人員健康或造成精密儀器氧化腐蝕，可采用顆粒狀活性炭進(jìn)行凈化脫除雜質(zhì)；煤酸廠、化工廠以及汽車尾氣排出的氣體中，含有各種各樣有機(jī)溶劑、無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、烴類、有機(jī)汞化合物及其它有害成分，直接排放將嚴(yán)重污染大氣并影響人類身體健康，可用顆粒狀活性炭進(jìn)行高效吸附回收再排放；在冷藏室和水果倉(cāng)庫(kù)采用活性炭?jī)艋諝猓瑢?shí)現(xiàn)循環(huán)通風(fēng)減少乙烯濃度，以延長(zhǎng)水果的貯藏期；核電站排出氪、氙等放射性氣體，可致人體致癌和植物枯死等危害，必須用活性炭將它們吸附干凈再行排放；另外，顆粒狀活性炭在軍事上制作防毒面具和工業(yè)用呼吸器廣泛使用。
在液相吸附應(yīng)用上，顆粒狀活性炭廣泛使用于飲用水凈化、工業(yè)廢水處理、釀酒、脫色、脫味、除臭、干燥劑、溶劑回收等領(lǐng)域。對(duì)于日益嚴(yán)重的水污染，不僅破壞水中生態(tài)系統(tǒng)，而且對(duì)于人類健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)具有重大威脅。顆粒狀活性炭具有較強(qiáng)吸附性能、容易再生和反復(fù)利用等優(yōu)勢(shì)，能去除水中產(chǎn)生臭味的物質(zhì)和有機(jī)物，如苯、酚、氯、洗滌劑、三鹵甲烷等。此外，對(duì)銀、鎘、銅、汞、銻、砷、鉍、錫、鉛、鉻酸根等重金屬離子也可有效的去除。
顆粒狀活性炭還可作為催化劑及其載體，在催化方面和電化學(xué)方面得到廣泛應(yīng)用，如顆粒狀活性炭催化降解臭氧、作貴金屬催化劑的載體以及制作超級(jí)電容器等。