活性炭制备原理
活性炭材的制造基本上分为两过程,
过程包括脱水及炭化,将原料加热,在170-600摄氏度的温度下乾燥,并使原有的有机物大约 80 % 炭化.
第二过程是使炭化物活化,这是经由用活化剂如水蒸汽,二氧化炭与炭反应来完成的,在吸热反应中主要产生由 CO 及 H2 组成的混合气体,用以燃烧加热炭化物至适当的温度 (800 至 1000 摄氏度),以烧除其中所有可分解的物质,由此产生发达的微孔结构及巨大的比表面积,因而具有很强的吸附能力.
(一) 炭化
炭化系将含炭原料经热解 (Pyrolysis) 过程,在缺氧环境下加热,使原料裂解成低分子化合物及炭的残留物.在热解过程中,所用原料种类,热解温度,温度上升速率,热解时间,均可影响热分解产物成分及炭之含量.随著炭化温度之提高 (200-1500 摄氏度),其重量损失率会明显增加,伴随整体的容积密度 (bulk density) 下降,当整体密度降至一定程度后 (约 846.84 摄氏度),会有些许增加之趋势,原因可能是由於焦结现象破坏孔隙度,或因焦油沈淀,分解而填充孔隙所导致.
(二) 活化
炭化过程中,常伴随炭氢化合物及其它物质形成,附著於活性炭材结构边缘上,甚至堵塞部分孔隙,降低了表面积而影响吸附能力,故藉著活化过程去除炭氢化合物,增加表面积及孔隙的生成.活化都在 800~1000 摄氏度之温度中,与水蒸气,CO2 或 O2 等氧化气体产生部分气化反应 (partial gasification),以除去焦油沈淀物 (disorganized carbon),进一步使活化气体进入内部,逐渐增加孔隙度与孔径
活化对孔隙之发展可以三个阶段来描述:
阶段:打开封闭微孔,本阶段表面积与孔体积会有明显的增加.
第二阶段:微孔之扩张.本阶段会将焦炭原本之微孔扩张为较大 微孔,甚至形成中孔.
第三阶段:孔壁互相穿通.本阶段进行时可能导致表面积开始降低;另外,当活化至某程度后,粒子表面会被严重侵蚀,致使孔洞体积与表面积降低.
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