活性炭研究与新产品开发现状

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1、万方数据活性炭研究与新产品开发现状张意颖，张文辉，张学军(煤炭科学研究总院北京煤化学所，北京100013)摘要：对国内活性炭的材料、生产工艺、用途等研究现状作了概述，并对活性炭新产品开发进行了探讨。关键词：活性炭；研究现状；新产品开发中图分类号：TQ424．1文献标识码：A文章编号：l006—6772(1999)03—0024．03活性炭是一种具有丰富的孔隙结构和巨大比表面积的炭质吸附剂。具有吸附能力强，化学稳定性好，机械强度高，使用失效后易再生。经过几十年的发展，中国现有300多个活性炭生产厂家，年生产能力于1997年达到156kt，年生产总量达到120kt，占世界总产量的

2、15％左右。随着国民经济的不断发展和人民生活水平的逐渐提高，活性炭的研究与应用越来越受到人们的重视，市场需求越来越大，应用领域也越来越广泛。尤其是煤质活性炭，由于其原料来源十分广泛，对其研究和开发具有更大的价值。1活性炭的研究开发现状目前，对活性炭的研究十分广泛，包括从原材料的选择、生产工艺的调节、产品形态和应用领域等方面，都进行了很多的探讨。1．1原材料活性炭几乎可以用任何含炭材料来制造，如木材、锯末、煤、泥炭类、果壳、果核、蔗渣、石油废料、废旧塑料、废旧皮革、废轮胎、造纸废料、城市垃圾等。对活性炭性能及用途的要求不同，所采用的原材料类型有所不同。目前原材料的选择基本上步入

3、2个发展方向：(1)来源广泛，价格低廉的低品质原料，如泥煤或褐煤、木屑、纸浆废液、废旧塑料等，用于制造用量大，对性能要求不高的活性炭；(2)高价原料如合成树脂和纤维等，以制造具有某些特殊功能，价格极高但质量极优的高档特制活性炭，如血液透析炭、泡沫炭等。1．2生产工艺活性炭的应用主要是利用其巨大的吸附能力，而多孔结构是其吸附能力的基础。按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAc)的分类，活性炭的孔径大小可分为：O．8～2nm的微孔，2～50nm的中孔和大于50nm的大孔。普通活性炭含有大量的微孔，大孔和中孔的比例较少。根据被吸附介质的粒径大小的不同，对活性炭的孔径要求各不相同。通

4、过原材料的选择和预处理，炭化条件和活化条件的控制，产品的后处理等可以使生成的活性炭具有所要求的孔径及分布。这仍是目前研究的热点。原材料的预处理主要是指对原料煤进行深度脱灰、预氧化、预炭化处理，提高原料煤的质量及性能，以提高活性炭的质量和吸附性能。由于活化介质的不同，活性炭的活化方式分为物理活化法和化学活化法以及近年来发展起来的物理化学活化法。物理活化法是利用活化气体，如水蒸汽、二氧收稿日期：1999一07—14作者简介：张意颖(1965一)，女，河北石家庄人，工程师，现从事活性炭和炭材料的研究工作。24洁净煤技术1999年第5卷第3期万方数据化碳等进行碳的弱氧化作用，使炭化料

5、的孔径疏通，进而扩大、发展，形成活性炭特有的多孔微晶结构。由于水蒸汽与碳的反应速度比二氧化碳与碳的反应速度快数倍，水分子比二氧化碳分子小，扩散至碳孔隙中的速度快，因此，与水蒸汽相比，二氧化碳更能促进表面的氧化和大孔隙的发展，故通过调节通入气体中二氧化碳与水蒸汽的比例，可以控制活性炭的孔径分布。同时调节活化温度、活化时间、蒸汽通入量，亦可使孔径分布得到一定的控制，如活化温度高可导致微孔增加，低温形成的中孔较多；活化时间长易形成微孔；蒸汽通入量大易形成中孔。化学活化法是把一些化学药品，如氯化钾、磷酸、硫化钾等混进或浸渍进原材料或炭化料中，然后在一定的温度下进行活化并对化学药品进行

6、回收。化学活化法制造的活性炭其孔隙更发达，吸附性能更好。目前正在致力研究将上述2种方法结合起来，发挥各自的优点，生产出孔隙结构更合理发达，吸附性能更优越的活性炭，以拓展活性炭更广泛的用途。1．3产品形态传统的活性炭形状为粉状和颗粒状，随着研究的深入，出现了各种形状的活性炭。(1)活性炭纤维。将沥青等原料熔融纺丝，于200～400℃下预氧化，然后在700～．1100℃活化，可得到以微孔为主，中孔较少，大孔几乎没有的活性炭纤维，它的比表面积可达2500m2／g。(2)炭分子筛。采用碳氢化合物热分解沉积法、热收缩法、气体活化法、覆盖法等制成。炭分子筛孔径分布窄且均匀，同时具有分子筛

7、和活性炭的功能。目前，炭分子筛产品的研制与开发是活性炭研究最活跃的领域之一。(3)微球炭。将石油沥青、煤沥青、合成树脂等熔融，分散在分散剂中，制成直径几十至几百微米的微球，然后进行炭化和活化，可以得到吸附能力极强，机械强度很高，比表面积高达4000～5000m2／g的微球炭。此种炭由于性能优越，价格很高，目前国际上售价高达100美元／kg。迄今为止，国内尚未达到此类产品的工业化生产，用户基本上依赖于国外进口。(4)成型活性炭。将粉状活性炭用粘合剂固定在聚氨酯泡沫基板上，可用作气体过滤器。或将活性炭在模具