物理法生產(chǎn)活性炭過程中應(yīng)注意的問題
前文已提到根據(jù)杜比寧的觀點(diǎn)，當(dāng)氣化損失率小于50%的時候?qū)⒌玫揭晕⒖诪橹鞯幕钚蕴?氣化損失率大于75%時則得到以大孔為主的活性炭;氣化損失率介于二者之間時則得到的活性炭兼具微孔和大孔結(jié)構(gòu)。一般氣體活化法得率為20%~30%，因此原料總利用率只有10%左右，其余部分已隨活化反應(yīng)尾氣逸出。因此在產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡可能提高原料利用率是獲得大經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。有研究表明在原料炭化還有活化過程中加入一些化學(xué)試劑均可提高反應(yīng)得率，例如，木材炭化過程中加入一定量的磷酸可以使得率由39%提升至45%，纖維素炭化過程中加入一定量的磷酸鹽亦可大幅提高炭化得率。
此外在氣體活化法中，所產(chǎn)生的尾氣中含有CO、Hz等高熱值氣體，并且尾氣溫度也很高。充分利用尾氣的熱量和其中的可燃?xì)怏w也是降低成本、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、增加經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

流化床活化法流化床是將體原料置于以較高速度流動的氣體中，使固體顆粒懸浮于流體中，類似于流體狀態(tài)的操作裝置。由于在其內(nèi)固體顆粒狀如沸騰液體，因此也稱為沸騰床。因?yàn)楣腆w流態(tài)化之后氣固之間可充分接觸，因此十分利于活化反應(yīng)的充分進(jìn)行，也能有效地縮短活化時間，所得到的產(chǎn)品質(zhì)量也較好。在活性炭生產(chǎn)中，流化介質(zhì)為水蒸氣或煙道氣，原料一般是木屑炭化料、果殼炭、煤等。由于需要能夠被一定流速的氣流吹起，因此原料粒徑通常要求小于3mm。按照床的結(jié)構(gòu)可分為單層床式、多層床式和多管床式，其中單床式和多管式應(yīng)用相對較為廣泛，其結(jié)構(gòu)分別如圖3-13和圖3-14所示，
流化床的基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用都有廣泛的研究。例如有研究表明流化床良

多段爐，多段爐又稱為多膛爐，因其內(nèi)部有耙齒用于動層，我在活性炭行業(yè)內(nèi)又稱其為耙式爐。這是歐美、日本等地的主流活化爐模式。于1950年開始應(yīng)用于活性炭的生產(chǎn)，設(shè)備幾乎都是由美國Nichols公司說計(jì)生產(chǎn)的。通常這是一種外熱式的移動床反應(yīng)裝置，外壁為鋼制圓簡形。內(nèi)壁由耐火磚砌成，中央為由耐火磚砌成的數(shù)段爐床(多為4~12段)。#中心有可旋轉(zhuǎn)的耐高溫鋼軸，在軸兩側(cè)有耙臂，臂下有若干耙齒起到攪排作用。通常層床板上耙齒使物料往中心移動，從中心部的開口落人票二層床板，而第二層的耙齒方向與層相反，因此物料將被推向外招落入第三層床板上，依此類推直至底層爐板，由卸料裝置卸出從而得到終產(chǎn)品,
多段爐是目前的活化設(shè)備，活化溫度、活化時間、氣體通入等參數(shù)可以較為方便地控制，燃料單耗成本相對較低，運(yùn)行成本低

物理法制備技術(shù)與裝置

活性炭物理法機(jī)理簡介
物理法通常指氣體活化法，是以水蒸氣、煙道氣(水蒸氣、CO2、N?等的混合氣)、CO:或空氣等作為活化氣體，在800~1000℃的高溫下與已經(jīng)過炭化的原材料接觸進(jìn)行活化的過程。在這個過程中，具有氧化性的活化氣體在高溫下侵蝕炭化料的表面，使炭化料中原有閉塞的孔隙重新開放并進(jìn)一步擴(kuò)大，某些結(jié)構(gòu)因選擇性氧化而產(chǎn)生新的孔隙，同時焦油和未炭化物等也被除去，終得到活性炭產(chǎn)品。由于物理法通常采用氣體作為活化劑，工藝流程相對簡單，產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對環(huán)境污染小，而且終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，應(yīng)用范圍廣，因此在活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。下面對物理活化法的機(jī)理、工藝流程、裝置設(shè)備及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行具體闡述。
一、原料炭化
物理法制備活性炭需要先將原料在400~600℃下進(jìn)行炭化處理，使原料中碳元素以外的主要元素(氫、氧等)以氣體形式脫除，通過CO:、CO 的形式也可使一部分碳元素釋放出去，殘留的碳元素則多數(shù)以類似石墨的碳微晶形態(tài)存在。然而和石墨晶體不同的是，這些碳微晶的排列是雜亂無章的，因此形成了具有活性炭原始形態(tài)的結(jié)構(gòu)。但是僅僅經(jīng)過炭化處理，碳微晶的周圍以及碳微晶之間的縫隙仍被熱解所產(chǎn)生的焦油或者無定形碳堵塞，因此需要進(jìn)一步活化處理，除去這些堵塞孔隙的物質(zhì)才能得到具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。
二、氣體活化法過程簡述
在炭化的中間產(chǎn)物進(jìn)行活化期間，是基本碳微晶以外的無定形碳

活性炭制備技術(shù)
燒結(jié)封團(tuán)、導(dǎo)致活性炭的各種性能開始下降、活化時間選擇在1b較好。 Ahoed 等通過氯化鋅活化棗核制備了活性炭、結(jié)果表明、當(dāng)活化時間由6h增加至3.5h時，得豐由43%降低至29%，在初的1.25h內(nèi)降低得快、并在此時達(dá)到了大碘吸附值837.54mg/g、且在前1.25h內(nèi)是有利于中孔增加的、隨著活化時間的增加、中孔開始塌陷變?yōu)榇罂祝?br /> 活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛、在應(yīng)用過程中發(fā)揮作用的主要是孔結(jié)構(gòu)和表而官能團(tuán)、所以根據(jù)市場的需求有很多科研人員開始關(guān)注組合活化法，包括物理化學(xué)法、化學(xué) 化學(xué)法、微波-化學(xué)法等。
一、物理-化學(xué)活化法
物理化學(xué)活化法是結(jié)合物理法(CO:、水蒸氣法等)與化學(xué)法(磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀法等)制備活性炭的一種方法、此類活性炭具有特孔結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)。Dolas等?)采用開心果殼與氯化鋅前期浸清后，通過后續(xù)的高溫CO=活化法制備了BET比表面積為3256m2/g、孔容積為1.36cm'/g的活性炭，而采用氯化鈉溶液浸清的開心果殼采用高溫CO:活化制備了 BET比表面積為3895m/g、孔容積為1.86cm’/g的活性炭。Arami Niya等()采用油棕櫚殼為原料，先采用少量氯化鋅或磷酸法活化制備具備初期窄微孔的活性炭、然后采用高溫CO:活化制備了甲烷吸附用活性炭，此方法可以使得活性炭的孔結(jié)構(gòu)均勻化分布、有利于甲烷的存儲。
二、化學(xué)-化學(xué)活化法
化學(xué)-化學(xué)法是指結(jié)合兩種不同的化學(xué)活化劑進(jìn)行活化制備活性炭的方法。 Heidari等()采用赤桉木為原料，先使用磷酸或氯化鋅活化制備早期活性炭、然后采用氫氧化鉀法進(jìn)行二次化學(xué)活化、制備了具有較高微孔含量(98%)的 CO;存儲用活性炭。
三、微波-化學(xué)活化法
微波-化學(xué)法是指以微波加熱的方式來提供化學(xué)法(磷酸、氧化鋅、氯氧化鉀等)活化所需熱量來制備活性炭的方法，微波加熱相比傳統(tǒng)加熱方式的優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度縮短活化時間，可以控制在10min左右，Lu等“)以竹子為原料，采用微波加熱磷酸活化法制備了比表面積為1432m/g、孔容積為
0.696cm'/g的活性炭產(chǎn)品、得率可達(dá)47.8%，Hesas等通過微波氧化鋅
活性炭制備工藝
間歇法的平板爐和連續(xù)法的回轉(zhuǎn)爐是生產(chǎn)氯化鋅法粉狀活性炭的主體設(shè)備、平板爐法具有設(shè)備簡單、投資少、上馬快等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)早期氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備。但此法存在手工操作多、勞動強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致了此法目前已被淘汰?；剞D(zhuǎn)爐法具有生產(chǎn)能力大、機(jī)械化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是目前國內(nèi)外氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備，工藝難點(diǎn)在于尾氣處理和氯化鋅回收方面，國內(nèi)尚未有成熟的工藝，日本已實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放達(dá)標(biāo)生產(chǎn)。
1.工藝流程
連續(xù)法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程，一般由木屑篩選和干燥、氯化鋅溶液配制、配料(或浸漬)、炭活化、回收、漂洗(包括酸處理和水洗)、脫水、干燥與磨粉等工序組成。另外附設(shè)的廢氣處理系統(tǒng)，以回收煙氣中的氯化鋅和鹽酸，減少對環(huán)境的污染。常用的生產(chǎn)工藝流程見圖2-6 和圖2-7.
2工藝操作
(1)木屑的篩選與干燥為了產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝操作穩(wěn)定，并降低超細(xì)顆粒在后續(xù)回收工段過濾流失導(dǎo)致的活化劑的浪費(fèi)，用振動篩或滾筒篩對木屑進(jìn)行初步篩選，選取0.425~3.35mm的木屑顆粒，除去雜物(如板皮、鐵展、泥砂、石塊等)，以免造成堵塞，增加回收、漂洗工序中的負(fù)荷、影響產(chǎn)品質(zhì)量。
篩選后的木屑含水率一般在45%~60%，此時水分過高會影響配料工序段化學(xué)活化劑的滲透，因此需要進(jìn)一步干燥控制工藝需要的水分含量。北方由于氣候干燥，雨水少，一些中小工廠常利用自然風(fēng)干方法干燥木屑，木屑進(jìn)行機(jī)械于燥時，一般在氣流式干燥器中或回轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行干燥。