活性炭的制备及再生研究进展.

013,V o l .30N o .12化学与生物工程

C h e m i s t r y

&B i o e n g i n e e r i n g 基金项目:广东省科技计划项目(2012A 020602061收稿日期:2013-08-13

作者简介:周琴(1987-,女,江苏宿迁人,硕士研究生,研究方向:生物质转化和开发利用;通讯作者:黄敏,教授,E -m a i l :m i n _h u a n g

@1

63.c o m 。d o i :10.3969/j

.i s s n .1672-5425.2013.12.003活性炭的制备及再生研究进展

周琴1,2

,沈健1,黄敏2

(1.辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113000;2.广东石油化工学院,广东茂名525000

摘要:活性炭具有吸附-脱附速率快、可再生等特点,是人们关注的热点。综述了目前活性炭的制备和再生方法,分析了它们的优缺点。指出随着人们环保意识的加强、对低能耗技术要求的提高,微波技术因其节能、省时、环保,在活性炭的制备和再生方面均具有广阔的应用前景。

关键词:活性炭;制备;再生

中图分类号:T Q

424.1文献标识码:A 文章编号:1672-5425(201312-0010-04

活性炭具有发达的孔隙结构和较高的比表面积,

表面可附加特殊官能团,具有吸附性能良好、化学性质

稳定、容易再生等优点[1,2]

,作为吸附剂、催化剂、催化

剂载体、

储存气体及电能、双电层电容器电极材料广泛应用于食品、医药、化工、环保等领域[

3-

7]。随着人们生活水平的提高及环保意识的加强,

对活性炭的性能也提出了更新、

更高的要求,这也是活性炭未来发展的必然趋势[

8]

。目前,活性炭产品除了常规的粉状炭、粒状炭、破碎炭、

柱状炭、纤维活性炭以外,还出现了超细活性炭粉末、蜂窝状活性炭、磁性活性炭、板状活性炭、球状活

性炭等[3]

。活性炭的制备原料十分广泛,几乎所有含

碳物质都可用来制备活性炭,主要可以分为木质和煤质,国内制备活性炭的最常用原材料是煤和椰子壳

[9,10]

。近年来,随着人们环保意识的加强、资源的短

缺及价格上升,研究者一直在大力研发以可再生资源(农作物秸秆、椰子壳、核桃壳、油棕壳为原料制备不同用途的活性炭。由于制备活性炭的原材料和活化试

剂的不同,其制备工艺条件、方法也存在很大差异[

3]

。制备活性炭最常用的方法是物理活化法和化学活化法。作者在此对活性炭的制备方法及再生处理技术进行综述。

1活性炭的制备方法

1.1物理活化法

物理活化法是先将原材料在一定温度下进行炭化,然后在一定温度下用C O 2、O 2、

空气或它们的混合气体进行活化,

制得具有微细晶孔质的活性炭[11-

13]。炭化的主要目的是去除原材料中在炭化温度下易挥发的成分或能够分解的物质,

得到适合活化的孔逸结构和具有一定机械强度的炭化料。炭化的实质是将原材料中易挥发成分进行热解的过程,

活化过程的主要目的是利用活化气体与含碳材料内部“

活性点”上的碳原子反应,通过开孔、扩孔和创造新孔,进而形成丰富的

微孔[

10,13-

15]。物理活化法的研究主要集中在活性炭制备与活化剂用量、

活化时间、活化温度之间的关系,优化活化工艺条件。周建斌等[16]

以1.5k g 油茶壳为原料、

水蒸气为活化剂,在活化温度为850℃、活化时间为2.5h 、水蒸气用量为210g 的条件下制得的活性炭的得率为

33.7%、碘吸附值为968m g

·g -1

、亚甲基蓝吸附值为180m g

·g -1、比表面积为935m 2·g -1。杨坤彬等[17]以600℃炭化2h 的椰子壳炭化料为原料、C O 2为活

化气体,在C O 2流量为6

00m L ·m i n -1

、活化时间为4h 、活化温度为900℃时制备的活性炭的得率为24%、

碘吸附值为1428m g ·g -1、

比表面积为1653m 2

·g -1、

总孔容为1.045c m 3·g -1、微孔容为0.8582c m 3

·g -1,且以2n m 以下的微孔为主,产品性能达到了双层电容器专用活性炭标准。

周琴等:活性炭的制备及再生研究进展/2013年第12期

物理活化法具有操作简单、对设备腐蚀小、环境污染小等优点,广泛应用于工业化制备活性炭,但物理活化法活化时间长、活化温度高、所制备活性炭的孔结构较小,因此加快反应速率、缩短反应时间、降低反应能耗是开发物理活化法工艺的关键[18]。

1.2化学活化法

化学活化法是利用活化剂刻蚀炭颗粒的内部结构,形成大量的微孔、中孔和大孔[13,19]。与物理活化法相比,化学活化法的工艺特点是:操作简单、活化温度低、时间短、能耗低。根据活性炭用途的不同,可通过选择不同的活化剂,制备所需孔径、结构的活性炭,例如氢氧化钾活化是产生新微孔,而磷酸或磷酸盐活化主要产生中孔。化学活化法存在活化剂成本高、腐蚀设备、污染环境、产品残留活化剂等缺点[9]。

目前常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物、无机盐类以及酸,应用较多且较成熟的化学活化剂有氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、氯化锌和磷酸等[13,20]。谢应波等[21]以沥青焦粉末为原料,以氢氧化钾、氢氧化钠为活化剂,将沥青焦粉末分别与不同质量活化剂研磨干混,在镍反应器中活化1h,升温速率为5℃·m i n-1,活化温度为750℃,降温后取出样品,在10%的盐酸溶液中浸泡24h后用去离子水清洗至中性,再在100℃下烘干。研究表明,当浸渍比为1∶5时,以氢氧化钾为活化剂所制样品的B E T比表面积高达2939m2·g-1、孔容为1.43c m3·g-1;而以氢氧化钠为活化剂所制样品的B E T比表面积和孔容分别只有1098m2·g-1、0.53c m3·g-1。

氯化锌活化法是将原料在一定浓度的氯化锌溶液中浸渍一段时间,在适宜条件下进行炭化、活化,是比较成熟的活性炭制备工艺。氯化锌活化法使用的原料有限,要求含氧量不低于25%、含氢量不低于5%。由于氯化锌具有较强的脱羟基和脱水的作用,在高温下产生的水蒸气能够与原料炭化体作用,从而产生不同的孔道结构。而影响活性炭产品的因素主要有:原材料颗粒的大小、浸渍比、活化剂、浸渍时间、活化温度、炭化温度、活化时间等[22,23]。李冰等[24]以长柄扁桃壳为原料、