新型活性炭材料突破潜力分析

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活性炭是一种微孔发达的吸附材料,以木质、煤质等含碳材料为原料制备。目前活性炭主要以颗粒活性炭、粉状活性炭、柱形活性炭等使用。广泛应用于食品、医药、水处理、空气净化等众多领域,用作脱色、过滤、除臭、提纯、精制等,应用已经成熟。

一、活性炭的常规应用

活性炭产品作为具有吸附、过滤优异性能的材料,已有成熟的应用。而且随着人们生活水平的提高和环保意识的增强,活性炭的应用领域仍在不断拓展中,如:

1、石化行业:无碱脱臭、乙烯脱盐、催化剂载体等。

2、化工行业:化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、油脂脱色、精制等。

3、环保行业:用于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化。

4、食品行业:饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色。

5、农业行业:应用于改良土壤、增加土地水容量、改善透气性、使农药和肥料缓释。

6、电力行业:脱硫脱硝、烟道气的臭气吸附、氨气NH3、硫化物吸附等。

7、其他行业:香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制、各种浸渍剂液的制备等。

二、活性炭的新兴应用

活性炭产业目前正在突围,突破现有应用技术,向规模化、高附加值化方向发展。以节约利用资源、生产高档、高附加值活性炭为主攻方向。有针对性地开发专用活性炭。如改性活性炭对特定溶剂的选择性吸附,可在化工分离和医药脱色中发挥作用;在活性炭中负载催化剂,可作为化工反应和环保处理的中间体;将活性碳深加工应用于汽油回收、高性能燃料电池、双电层超级电容器、锂电池负极材料、储能材料、药物缓释剂等。

三、活性炭产业空白度较大

  1. 活性炭因其产品丰富、生产原料来源广、工艺路线成熟,以及其独有的综合吸附性能,已广泛应用于人们的日常生活、电力、化工、食品、医药和环保等国民经济的诸多领域。特别是在环保水处理领域用量占32%,成为水处理的关键材料。

2、我国活性炭净化产业将处于快速成长期,活性炭总需求量在40-50万吨。随着社会的发展,低碳环保越来越受到人们的重视,环保行业正逐渐成为活性炭的主要消费市场。我国环保形势仍不容乐观,水处理、气体处理用活性炭还远远没有普及。新型应用市场潜力还未被完全开发,需求潜力巨大。

3、可供制备活性炭的资源很多,拥有丰富的竹、木、果、核、棉花秆、稻壳等含碳资源,具有广阔的原料选择余地。

4、与发达国家相比,我国活性炭工业仍然比较滞后,主要表现在:活性炭企业规模比较小、生产装备相对落后、劳动生产率低、缺乏市场竞争力;国内90%的木质活性炭厂是年产几百吨到上千吨的小企业,年生产能力真正达到万吨规模的几乎没有;大多数为乡镇企业,主要设备大同小异,劳动生产率一般在几十吨/人年或更低,而像美国、日本等国的活性炭生产要集中于万吨以上的大企业,生产装备先进,而且大都实现了生产流水线的全盘自动化和计算机管理控制,故劳动生产率很高。因此活性炭技术空间较大。目前我国大力提倡科技创新,组织力量攻克化学法生产中的污染问题和降低消耗,使活性炭向着低消耗、低污染和高品质、高科技方向发展。

四、活性炭技术突破是关键

活性炭的发展方向是低成本及绿色化。目前整个产业由盲目扩大企业生产规模向科技创新转变,技术突破、提高企业核心竞争力成为关键。

现有活性炭制备技术主要有:

1、化学活化法:氯化锌活化、磷酸活化、碱液活化;目前主要采用得率高、污染小的磷酸法。

2、物理活化法:高温、机械力;物理法目前作为辅助方法。

3、物理化学活化法:机械力-磷酸、微波蒸汽;通过物理与化学结合,可提高效率、提升活性炭性能,是目前重点发展的方向。

目前活性炭的生产技术正在发生深刻的变化。如由平板炉、闷烧炉向回转炉、沸腾炉、管式炉转变;采用木屑磷酸法外热式回转炉生产活性炭技术;采用化学物理相结合的活化技术。当前大多活性炭采取添加催化剂的方法,为了生产吸附性能更加优越的活性炭产品,在活性炭的活化、炭化过程中纳入催化剂,加速炭和水蒸气之间的活化反应,以形成全新成孔机理,提高活性炭的吸附性能等等。技术突围的重点方向是:

1、对各类薪材、果壳、秸秆、木屑预处理技术。

2、新型的活化催化剂技术。

3、微波与活化剂结合的活化技术。

4、机械力-磷酸活化技术。

5、通过催化剂对活性炭孔径、纯度和吸附性能进行深度加工。

活性炭的技术不断在突破,应用领域不断开拓。活性炭产业结构正逐步转向低消耗、低污染、高附加值。活性炭企业需要抓住机遇,积极创新,以技术为核心,提升产品附加值,打造核心竞争力。

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