?粉狀活性炭的物理法生產(chǎn)工藝以水蒸氣或二氧化碳為活化劑,通過高溫氣化反應(yīng)形成發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu),其核心流程包括原料處理、炭化、活化、粉碎篩分和包裝儲存,具體如下:
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一、原料處理
原料選擇:主要選用優(yōu)質(zhì)木屑、果殼等含碳物質(zhì),這些原料結(jié)構(gòu)致密、含灰量低,有利于制備高性能活性炭。
破碎與干燥:將原料破碎至適宜粒度(通常為1~10mm),并通過干燥處理去除自由水,控制含水率≤10%,以防止炭化過程炸裂。
二、炭化
炭化過程:在無氧或低氧條件下,將處理好的原料進(jìn)行高溫?zé)峤?。炭化溫度通??刂圃?50~700℃,通過分階段升溫(干燥→熱解→碳化)完成。
炭化產(chǎn)物:炭化后得到的產(chǎn)品稱為“半焦”或“炭基體”,初具孔隙結(jié)構(gòu)但比表面積較低,需進(jìn)一步活化處理。
三、活化
活化原理:活化是賦予炭粉高比表面積和發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)的核心工藝。物理活化法采用水蒸氣或二氧化碳作為活化劑,在800~1000℃的高溫下與炭化料接觸進(jìn)行氣化反應(yīng)(如C + H?O → CO + H?),侵蝕炭化物的表面,同時(shí)除去焦油類物質(zhì)及末炭化物,使炭化料的微細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)。
活化過程:活化過程中,通過氣化反應(yīng)使炭化料原來閉塞的孔開放、原有孔隙擴(kuò)大及孔壁燒失,某些結(jié)構(gòu)經(jīng)選擇性活化而產(chǎn)生新孔。孔隙的形成與碳的氧化程度密切相關(guān),在一定的活化燒失率范圍內(nèi),活化氣體與炭化料的氣化反應(yīng)程度越深,生產(chǎn)出的活性炭比表面積就越大、孔隙就越發(fā)達(dá)、吸附性能就越好。
活化控制:活化溫度和時(shí)間的控制對活性炭的性能有著重要影響。理論認(rèn)為,燒失率小于50%時(shí),得到的是微孔活性炭;燒失率大于75%時(shí),得到的是大孔活性炭;燒失率在50%~75%時(shí),得到的是具有混合結(jié)構(gòu)的活性炭。
四、粉碎與篩分
粉碎設(shè)備:活化后的炭材料需進(jìn)行粉碎處理,以得到符合要求的粉狀活性炭。粉碎設(shè)備通常采用氣流粉碎機(jī)、振動磨、球磨機(jī)等,在這些設(shè)備中,原料被高速撞擊或剪切,粉碎至所需粒度。
篩分設(shè)備:篩分設(shè)備的主要作用是對粉碎后的活性炭粉進(jìn)行粒徑分級,通常采用氣流分級機(jī)、振動篩、旋風(fēng)分離器等。分級過程確保了不同粒徑的炭粉能夠滿足不同應(yīng)用需求,如電池材料通常要求較細(xì)的粒徑(D50<10μm),而工業(yè)用炭粉可以容忍較大的粒徑分布。
五、包裝與儲存
包裝材料:包裝材料需確保氣密性、阻水性、抗壓性,且包裝方式應(yīng)方便運(yùn)輸與分發(fā)。
儲存條件:粉狀活性炭應(yīng)儲存在干燥、通風(fēng)、陰涼的地方,避免受潮和污染。