?塊狀蜂窩活性炭（常見于廢氣處理、空氣凈化等場景，具有規(guī)則的蜂窩狀孔道結(jié)構(gòu)）的孔隙結(jié)構(gòu)形成過程，是 “宏觀蜂窩骨架成型” 與 “微觀多孔結(jié)構(gòu)構(gòu)建” 的結(jié)合，核心通過原料配比、成型工藝、炭化與活化處理三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，具體如下：
一、宏觀蜂窩骨架的成型：構(gòu)建貫通孔道基礎(chǔ)
塊狀蜂窩活性炭的 “蜂窩狀宏觀結(jié)構(gòu)” 是區(qū)別于顆粒、粉末活性炭的核心特征，其形成依賴成型工藝對原料的定向塑造：
原料混合與塑性調(diào)節(jié)
原料包括：含碳基材（如煤粉、木質(zhì)炭粉、樹脂粉，粒徑 50~200 目）、粘合劑（如煤焦油、樹脂、纖維素，占比 10%~20%）、造孔劑（如淀粉、木屑、碳酸氫鈉，占比 5%~15%）。
混合過程：將上述原料與水（含水率 20%~30%）攪拌至均勻塑性狀態(tài)，確保基材與粘合劑充分結(jié)合，造孔劑均勻分散（為后續(xù)宏觀孔道提供 “犧牲骨架”）。
擠出成型：塑造蜂窩結(jié)構(gòu)
通過蜂窩模具擠出：原料在高壓（5~20MPa）下通過帶蜂窩狀孔格的模具（孔格形狀多為六邊形，邊長 1~5mm，壁厚 0.5~2mm），形成具有規(guī)則孔道的塊狀坯體。
關(guān)鍵：模具孔格的規(guī)整度直接決定宏觀孔道的均勻性，需保證孔道貫通（無堵塞）、壁厚一致（偏差≤0.1mm），否則會影響后續(xù)活化的氣體 / 液體流通效率。
干燥定型
坯體在 60~120℃下烘干 2~6 小時(shí)，去除水分并固化粘合劑，使蜂窩結(jié)構(gòu)定型（避免后續(xù)高溫處理時(shí)變形）。此時(shí)的坯體為 “未炭化蜂窩體”，僅具備宏觀孔道，無吸附功能的微觀孔隙。
二、炭化：去除揮發(fā)分，構(gòu)建碳骨架
炭化是在隔絕空氣的條件下（氮?dú)饣蚨栊詺怏w保護(hù)），將蜂窩坯體加熱至 400~600℃，通過熱解反應(yīng)去除非碳成分，形成初步碳骨架，為微觀孔隙提供基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：
熱解反應(yīng)
粘合劑（如樹脂、煤焦油）和含碳基材中的揮發(fā)性成分（如氫、氧、氮化合物）受熱分解，以氣體形式逸出（如 CO、CO?、H?O），在碳骨架中留下原始微孔和淺表層缺陷（孔徑多＜2nm）。
造孔劑（如淀粉、碳酸氫鈉）在 300~500℃下分解或氣化（如碳酸氫鈉分解為 CO?、Na?CO?），進(jìn)一步擴(kuò)大宏觀孔道的連通性，并在孔道壁上形成更多微裂紋（未來微觀孔隙的萌芽）。
碳骨架初步固化
殘留的碳元素通過芳香化反應(yīng)形成無序排列的石墨微晶結(jié)構(gòu)，蜂窩骨架的機(jī)械強(qiáng)度初步提升（抗壓強(qiáng)度可達(dá) 0.5~1MPa），但此時(shí)孔隙量少（比表面積通常＜300m2/g），吸附性能微弱。
三、活化：構(gòu)建微觀多孔結(jié)構(gòu)，提升吸附性能
活化是蜂窩活性炭孔隙結(jié)構(gòu)形成的核心環(huán)節(jié)，通過物理或化學(xué)方法刻蝕碳骨架，產(chǎn)生大量微孔、中孔，使比表面積和孔容大幅提升（比表面積可達(dá) 800~1500m2/g），分為物理活化和化學(xué)活化兩種方式：
1. 物理活化（氣體活化）：通過氧化刻蝕造孔
活化劑：水蒸氣、CO?或空氣（控制氧氣含量＜5%，避免過度燃燒）。
活化過程：
在 800~1100℃高溫下，活化劑與碳骨架發(fā)生氧化反應(yīng)（C + H?O → CO + H?；C + CO? → 2CO），優(yōu)先刻蝕碳骨架中排列不規(guī)整的部位（如石墨微晶邊緣、缺陷處）。
反應(yīng)初期：刻蝕表面缺陷，形成微孔（＜2nm），是比表面積提升的主要貢獻(xiàn)者；
反應(yīng)中期：微孔進(jìn)一步擴(kuò)大或相鄰微孔貫通，形成中孔（2~50nm），增加孔容；
反應(yīng)后期：過度活化會導(dǎo)致中孔擴(kuò)大為大孔（＞50nm），甚至破壞蜂窩骨架，因此需控制活化時(shí)間（1~4 小時(shí)）和活化劑流量（如蒸汽流量為原料質(zhì)量的 1~3 倍）。
特點(diǎn)：孔隙分布均勻，以微孔為主（占比 60%~80%），適合吸附小分子污染物（如 VOCs、甲醛）。
2. 化學(xué)活化：通過化學(xué)試劑刻蝕與膨脹造孔
活化劑：ZnCl?、H?PO?、KOH 等（多在炭化前浸漬到坯體中，或在活化階段通入）。
活化過程：
低溫階段（200~500℃）：活化劑與碳骨架中的羥基、羧基等官能團(tuán)反應(yīng)，破壞碳 - 氧鍵，產(chǎn)生初步孔隙；
高溫階段（500~800℃）：活化劑（如 ZnCl?）作為 “插層劑” 插入碳骨架層間，使碳層間距擴(kuò)大，同時(shí)通過脫水、脫除雜原子（如氧、氮），形成大量微孔和中孔；
活化后：用酸或水洗滌去除殘留活化劑（如 ZnCl?可通過熱水洗脫），保留開放孔隙。
特點(diǎn)：活化溫度低于物理活化（節(jié)省能耗），中孔占比更高（30%~50%），適合吸附大分子污染物（如染料、油煙）。
四、孔隙結(jié)構(gòu)的調(diào)控：匹配應(yīng)用需求
塊狀蜂窩活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)可通過工藝參數(shù)調(diào)控，滿足不同場景需求：
微孔為主（用于氣相小分子吸附）：選擇物理活化，控制較高活化溫度（900~1000℃）、短時(shí)間（1~2 小時(shí)），減少中孔生成；
中孔為主（用于液相大分子吸附）：選擇化學(xué)活化（如 ZnCl?），提高活化劑用量（占原料質(zhì)量的 50%~80%），延長活化時(shí)間（3~4 小時(shí)）；
宏觀蜂窩孔道優(yōu)化：通過調(diào)整模具孔格尺寸（如 1mm 小孔格提升比表面積，5mm 大孔格降低風(fēng)阻）和壁厚（薄壁厚提升單位體積吸附量，厚壁厚增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度）。