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高純度粉狀活性炭如何制取

文章出處:人氣:3發表時間:2018-12-6 11:18:16

如何制取高純度粉狀活性炭

氯化鋅法粉狀活性炭因其固有的吸附特性,至今已廣泛應用于醫藥、食品、化工、三廢治理等領域,特別適用于液相吸附。

隨著廣大用戶對活性炭的純度提出的更高要求,在液相吸附過程中,如何制造出高純度的活性炭,就是擺在我們活性炭廠面前一項刻不容緩的任務了。

氯化鋅法粉狀活性炭生產工藝流程為:

工藝木屑+氯化鋅溶液→浸漬或捏和→炭活化→回收氯化鋅→酸洗→水洗→烘干→粉碎→包裝→檢驗→成品

總結多年生產經驗,筆者認為,影響活性炭純度的因素主要有:

原料規格、活化程度、漂洗方式、烘干設備、粉碎設備等。為了制取高純度的活性炭,必須重視以下工作。

(一)選用合格的木材(屑)作為原料

選用純潔干凈的原礻,是獲得高純度活性炭的首條件。受過污染的木材(如用過農藥、施過木材防腐劑等)不宜作為生產原料。不干凈的原枓,必須進行預處理,以除去原料中的泥沙、鐵屑等雜質。木材中的灰分含量,隨樹種、部位、樹齡、土壤等而變化,一般在0.3-0.9%左右,而樹皮中灰分達3-9%(表1)。因此,應盡量不用樹皮作原料。

表1樹木不同部位的灰分含量(%)

氯化鋅活性炭生產中常用的原料是木屑,我們生產中要求工藝木屑的規格如下:品種:松、杉、雜木屑;粒度:6-40目;純度:不含泥沙、鐵屑、樹皮等雜質;含水率:15-25%。

(二)控制好活化溫度與時間

活化程度對活化炭中灰分含量的影響比較大。活化溫度過高、活化時間過長,會引起原料木屑的部分燒失,導致活化炭中的灰分提高,因此,過分活化不但降低活性炭得率,而且由于活化放中灰分增加,會加大后處理難度,在保證活性炭吸附性能的前提下,應盡量降低活化溫度,縮短活化時間。合適時活化溫度為500-550℃,合適的活化吋間為30-40分鐘。

氯化鋅法活性炭生產,由于受氯化鋅高溫揮發的影響,活化溫度必須控制在600℃以內,這樣就使得活性炭中灰分含量低于物理法活性炭,我們對幾種活性炭灰分含量的實測結果如表2所示。

表2 不同活化方式所制活性炭的灰分含量

(三)把好“漂洗除雜”關

如前所述,木材中含0.3-0.9%的灰分,在活化過程中,這些灰分都會轉入活化炭中,含量可達3-9%。因此活化炭必須進行酸煮、水洗操作,除去炭中的灰分、酸溶物、鐵等雜質,以提高活性炭的純度。酸洗、水洗應注意以下事項。

1.首先對活化炭進行除沙、除雜預處理,一般可用水沖洗的方法,沉淀除去活化炭中的泥沙、鐵鋅氧化物等。試驗表明,經預處理的活性炭,其灰分含量比未經預處理的炭低0.5-1.5%。

2.酸溶物等雜質可以用氫氟酸、硝酸、鹽酸或醋酸抽提,但氫氟酸使活性炭細孔結構發生變化,并促進活性炭表面氧化物的形成;;硝酸會增加活性炭中的亞硝基鹽類;醋酸處理效果較差。因此,生產上一般選用工業鹽酸進行抽提。所用鹽酸濃度為30-36%,添加量為炭量的10-30%。酸處理代表反應如下:

Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O

CaO+2HCL→CaCl2+H2O

氯化物一般都是易溶化合物,一些氯化物溶解度(25℃;克/100克水)如下: MgCl,55; CaCl,83;BaCl,37;KCl,38;NaCl,36;FeCl3,易溶。

3.酸溶物含量取決于酸煮的程度和均勻性。試驗表明,酸煮所用蒸汽壓力(指氣液分離后的壓力)在2千克以上,蒸煮溫度保持在95-105℃以上,時間4-5小時之后,所得活性炭中雜質含量可達如下要求:灰分1.5%,酸溶物0.6%,總鐵0.1%,重金屬0.005%,硫化物可達“無”。

4.由于高溫活化時鐵在活性炭中的骨架作用,活性炭表面氧化物對鐵的吸附作用等,當活性炭中鐵含量達到0.2%左右時,人們很難繼續除鐵。我們知道,Fe3+離子是很好的絡合物形成體,它能同很多配位體形成絡合物,如[Fe(H2O)6]3+、[FeCl4(H2O2)2]2-、[Fe(SCN)(H2O)5]2+、[FeCN)e]3-,[Fe(PO4)3]6-等。

這些絡離子都是配位體為六的八面結構,具有一定的穩定性。因此。我們可活性炭中添加某種化學藥劑,與鐵形成絡合物,降低活性炭表面氧化物對其的吸附力。這樣,活性炭總鐵含量可降到0.1%以下。

5.酸處理之后,活化炭要用60℃以上的熱水反復洗滌,(氯化物溶解度隨溫度升高而增大),并不斷攪拌,以洗去炭中的水溶性物質。必須經常檢測洗滌水中的氯含量,避免水對活性炭的污染。

(四)烘干設備和干燥介質的影響

烘干的目的是便于活性炭的貯存和運輸。活性炭的烘干工藝有煙道氣直接加熱干燥和間接加熱干燥兩種。要生產高純度的活性炭品種,必須采用間接加熱干燥的方式,以免活性炭被煙道氣污染。活性炭生產廠家一般采用外熱式回轉爐或平板爐來進行干燥操作,后者因生產能力小,多為小型企業所用。用回轉爐干燥主要的缺點是由于炭與鐵質爐壁直接接觸,互相摩擦,從而增加炭中鐵含量。因此,用回轉爐烘干時必須十分注意操作。

(五)粉碎設備的影響

液相吸附所用活性炭都要進行粉碎,以提高吸附速度,減少活性炭用量。粉碎設備的選擇,要特別注意鐵質對炭的污染。如果活性炭與設備鐵壁直接接觸,必然會增高炭中的鐵含量。為了避免此現象,我們在粉碎設備內襯滿硬雜木,研磨體采用瓷質材料。

(六)抓好生產環境的衛生工作

為了制取高純度活性炭,除了注意上述事項外,還應重視生產環境的衛生工作。必須保證原料、半成品、成品在整個生產過程中的衛生與整潔。


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