活性炭的制备方法

活性炭是一种经过加工的多孔版本的碳,有许多不同的用途,特别是吸附和化学反应需要的水和气体净化。因为活性炭颗粒是如此的多孔,它们有非常广阔的表面积嵌入到它们表面的孔洞和隧道中。这些区域还可以用其它材料填充,以达到其他目的。例如,在水的净化过程中,银被混合到碳孔中,以过滤生活饮用水中的汞和有机砷等污染物。因为碳是通过一系列相对便宜和简单的活化过程从木炭中生产出来的,所以它可以大量用于许多应用。

碳的制造过程-如何制造活性炭

活性炭的生产过程,即活性炭的活化,有两种形式。一种碳质来源,可以以煤、泥炭或任何有机碳质物质的形式存在,这意味着纯碳是通过一种称为热解的加热方法提取的。一旦材料碳化,它需要氧化,或用氧气处理,要么暴露在二氧化碳或蒸汽,或酸碱化学中处理。

碳化

碳化是将富含碳的材料通过加热转化为纯碳的过程。这种加热过程被称为热解,来自一种古老的木炭制造技术。一开始使用的是非常致密的碳质材料,因为最终的结果需要为活性炭目的的超多孔性。富含碳的材料被放置在一个小的(相对于材料的数量)炉中,在2000摄氏度的极端温度下加热。通常情况下,处理后剩余重量是初始重量的20- 30%,主要由碳和一小部分无机灰组成。这与“焦化”非常相似。“焦化”是一种从木炭(一种碳基燃料)中生产焦炭的方法。

一旦多孔形式的碳产生,它需要进行氧化,以便它可以作为吸附剂。这可以通过两种方式之一发生:气体处理或化学处理。

气体处理

碳的活化可以在气体被泵入的同时,通过室内加热来直接完成。这使它暴露在氧气中以达到氧化的目的。当活性碳被氧化时,它很容易被吸附,这是化学物质表面结合的过程——正是这一过程使得活性碳能够很好地过滤液体和气体中的废物和有毒化学物质。对于物理气体处理,碳化热解过程必须在600-900摄氏度的惰性环境中进行。然后,一种含氧气体被泵入环境中,并在900到1200摄氏度之间加热,使氧与碳表面结合。

化学处理

在化学处理中,该工艺与碳的气体活化略有不同。其一,碳化和化学活化同时发生。准备一种酸、碱或其他化学品的浴液,并将材料浸入其中。然后将浴槽加热到450-900摄氏度,远低于气体活化所需的温度。碳质材料碳化,然后活化,所有的速度比气体活化快得多。然而,一些加热过程会导致微量元素从浴中吸附到碳上,这可能会导致不纯或无效的活性碳。

后处理活性炭

经过氧化后,活性炭可加工成多种不同的用途,具有几种可分类的不同性质。例如,颗粒活性炭(GAC)是一种砂状产品,比粉末活性炭(PAC)颗粒大,每一种都用于不同的应用。其它种类包括浸渍碳,它包含不同的元素,如银和碘,以及聚合物涂层碳。

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