常用吸附剂活性炭精选PPT.ppt
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1、关于常用吸附剂活性炭第1页,讲稿共28张,创作于星期日目录1234简介制备工艺流程性能特点应用实例第2页,讲稿共28张,创作于星期日1简介活性炭又称活性炭黑。是黑色活性炭又称活性炭黑。是黑色粉粉末状末状或或颗粒状颗粒状的无定形碳。活性的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有炭主成分除了碳以外还有氧氧、氢氢等元素。活性炭在结构上,由于等元素。活性炭在结构上,由于微晶碳是微晶碳是不规则排列不规则排列,在交叉连,在交叉连接之间有细孔,活化时会产生碳组接之间有细孔,活化时会产生碳组织缺陷,因此它是一种织缺陷,因此它是一种多孔性多孔性含含碳物质,具有很强的碳物质,具有很强的吸附能力吸附能力。它不仅可以作为
2、吸附剂,还可以作为它不仅可以作为吸附剂,还可以作为脱色剂脱色剂和和催化剂载体催化剂载体,使它在化,使它在化学工业、国防工业、环境保护、学工业、国防工业、环境保护、食品工业等方面得到了广泛的应食品工业等方面得到了广泛的应用。用。第3页,讲稿共28张,创作于星期日1简介活性炭的种类活性炭的种类由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭活性炭的种类很多,到的种类很多,到目前为止尚无精确的统计,大约有上千个品种。目前为止尚无精确的统计,大约有上千个品种。按原料来源分:按原料来源分:1.木质活性炭木质活性炭 2.兽骨活性炭兽骨活性炭 3.矿物质
3、原料活性炭矿物质原料活性炭 4.再生活性炭再生活性炭 5.其它原料的活性炭其它原料的活性炭 按制造方法分按制造方法分:1.化学法活性炭(化学炭)化学法活性炭(化学炭)2.物理法活性炭(物理炭)物理法活性炭(物理炭)3.化学化学物理法活性炭物理法活性炭按外观形状分按外观形状分:1.粉状活性炭粉状活性炭 2.颗粒活性炭颗粒活性炭 3.不定型颗料活性炭不定型颗料活性炭 4.圆柱形活性炭圆柱形活性炭 5.球形活性炭球形活性炭 6.其它形状的活性炭其它形状的活性炭按孔径按孔径大小大小分分:1.大孔大孔(孔径孔径500A)2.过渡孔过渡孔(孔径孔径20 A 500A)3.微孔微孔(孔径孔径 20A)第4页
4、,讲稿共28张,创作于星期日1简介生活中常见的活性炭生活中常见的活性炭木质活性炭木质活性炭:以木屑、木炭等以木屑、木炭等 制成的活性炭制成的活性炭果壳活性炭果壳活性炭:以椰子壳、核桃壳以椰子壳、核桃壳、杏核杏核 壳等制成的活性炭壳等制成的活性炭第5页,讲稿共28张,创作于星期日1简介煤质活性炭煤质活性炭:以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭再生再生活性活性炭炭:以用过的废炭为原料,进行 再活化处理的再生活性炭第6页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程活性炭的制备主要包括活性炭的制备主要包括炭化炭化和和活化活化两个阶段。两个阶段。2.12.1、炭化、炭化所谓炭化就是把有机原
5、料在所谓炭化就是把有机原料在隔绝空气隔绝空气的条件下加热以的条件下加热以减少非碳成分减少非碳成分,制出适合于后一步活化,制出适合于后一步活化反应的碳质材料。炭化通常都在反应的碳质材料。炭化通常都在10001000以下进行,有下面以下进行,有下面3 3个阶段。个阶段。在在400 400 以下,发生脱水,脱酸等一次分解反应,但炭中还残存以下,发生脱水,脱酸等一次分解反应,但炭中还残存OO结合结合在在400-700 400-700 ,OO 结合被破环,氧以结合被破环,氧以H H2 2O O,COCO,COCO2 2等形式析出而芳核间的结合等形式析出而芳核间的结合开始形成。开始形成。脱氢,芳核间大量产
6、生并直接结合,形成二维平面结构的中间物,同时结合脱氢,芳核间大量产生并直接结合,形成二维平面结构的中间物,同时结合 上上CHCH2 2 ,形成,形成三维立体结构三维立体结构。第7页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程2.1.1、炭化主要目的、炭化主要目的(1 1)排除成型料中的挥发份及水分;排除成型料中的挥发份及水分;(2 2)提高炭化料强度,煤焦油中的沥青成分形成了基本骨架;)提高炭化料强度,煤焦油中的沥青成分形成了基本骨架;(3 3)使炭颗粒形成初步孔隙。)使炭颗粒形成初步孔隙。2.1.2、温度对炭化的影响、温度对炭化的影响炭化温度直接影响炭化产物的孔隙结构和强度。温度过
7、低炭炭化温度直接影响炭化产物的孔隙结构和强度。温度过低炭化产物无法形成足够的机械强度,温度过高则会促使炭化产化产物无法形成足够的机械强度,温度过高则会促使炭化产物中的石墨微晶有序变化,减少微晶之间的空隙,影响活化物中的石墨微晶有序变化,减少微晶之间的空隙,影响活化造孔过程。造孔过程。第8页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程2、活化、活化所谓活化就是赋予炭颗粒活性,使炭形成多孔的微晶结构,具有发达的表面积的过程。活化方法所谓活化就是赋予炭颗粒活性,使炭形成多孔的微晶结构,具有发达的表面积的过程。活化方法通常有三种,即通常有三种,即化学药品活化法化学药品活化法、物理化学联合活化
8、法物理化学联合活化法和和物理活化法物理活化法(1)化学药品活化法)化学药品活化法即将含碳原料与化学药品活化剂混捏,然后炭化、活化制取活性炭。药品有即将含碳原料与化学药品活化剂混捏,然后炭化、活化制取活性炭。药品有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及及K2S等。等。(2)物理化学联合活化法)物理化学联合活化法一般先进行化学药品活化,然后进行物理活化。由物理活化法特别是用水蒸气活化制成的产一般先进行化学药品活化,然后进行物理活化。由物理活化法特别是用水蒸气活化制成的产品,微孔发达,对气相物质有很好的吸附力;由化学药品活化法制得的活性炭次微孔发达,品,微孔发达,对气相物质有很好的吸附力;由化学药品活
9、化法制得的活性炭次微孔发达,多用于液相吸附。多用于液相吸附。(3)物理活化法(气体活化法)物理活化法(气体活化法)在活化过程中通入气体活化剂如二氧化碳,水蒸气,空气等。在活化过程中通入气体活化剂如二氧化碳,水蒸气,空气等。第9页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程2.2.12.2.1、影响炭活化的主要因素、影响炭活化的主要因素(1)(1)活化温度的影响活化温度的影响 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高,反应速度活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高,反应速度加快,活化速率加大,但是太高易造成加快,活化速率加大,但是太高易造成不均匀活化不均匀活化。在
10、不同的活化。在不同的活化温度下,生产的活性炭孔结构不同。活化温度过高,温度下,生产的活性炭孔结构不同。活化温度过高,微孔减少,微孔减少,吸附力下降吸附力下降。一般水蒸气活化法的活化温度控制在。一般水蒸气活化法的活化温度控制在800-950800-950,烟道,烟道气的活化温度控制在气的活化温度控制在900-950900-950,空气的活化温度控制在,空气的活化温度控制在600600左左右。右。第10页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程炭的气化燃烧反应的相对速度炭的气化燃烧反应的相对速度(800,10.1KPa)(800,10.1KPa)在相同的温度下,不同的活化剂化学性质不
11、同,它与炭的反应速度也不同。从上表在相同的温度下,不同的活化剂化学性质不同,它与炭的反应速度也不同。从上表中可以看出空气、水蒸气和二氧化碳活化的相对速度对比。如炭和氧的反应速度较中可以看出空气、水蒸气和二氧化碳活化的相对速度对比。如炭和氧的反应速度较快,活化温度只需快,活化温度只需600600左右即可;而用水蒸气则需左右即可;而用水蒸气则需800-950800-950。但由于水蒸气能。但由于水蒸气能充分地扩散到炭的微孔内,使活化反应能在整个炭颗粒内均匀进行,所以得到比表充分地扩散到炭的微孔内,使活化反应能在整个炭颗粒内均匀进行,所以得到比表面积大、吸附能力强的活性炭。总的认为,面积大、吸附能力
12、强的活性炭。总的认为,CO2CO2和水蒸汽作为活化剂活化的效果较和水蒸汽作为活化剂活化的效果较好。好。(2)活化剂种类对活化过程的影响活化剂种类对活化过程的影响第11页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程(3 3)原料煤性质的影响)原料煤性质的影响 不同的煤种,含碳量、含氧量、含氢量都不同,煤的化学结构也不不同的煤种,含碳量、含氧量、含氢量都不同,煤的化学结构也不同,所以炭化后得到的同,所以炭化后得到的半焦特性半焦特性也不同。在一定温度下,对活化也不同。在一定温度下,对活化剂反应的速率也不尽相同。因此,原料煤不同,选用的活化生剂反应的速率也不尽相同。因此,原料煤不同,选用的活
13、化生产工艺略有不同。无烟煤为原料的活化温度可比烟煤的活化温产工艺略有不同。无烟煤为原料的活化温度可比烟煤的活化温度高度高20-3020-30。(4 4)炭化温度的影响)炭化温度的影响 煤的炭化温度直接影响炭化料的孔隙结构和强度,从而影响半焦的煤的炭化温度直接影响炭化料的孔隙结构和强度,从而影响半焦的性质,尤其是最终温度。炭化终温过高,会造成炭化料表面收缩形性质,尤其是最终温度。炭化终温过高,会造成炭化料表面收缩形成易石墨化炭层,造成活化难度增加。成易石墨化炭层,造成活化难度增加。第12页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程(5)(5)活化剂流速及浓度的影响活化剂流速及浓度的影
14、响 活化剂的流速大,它与炭反应速率增加,使烧失率增加,产生不均匀活化,导致微孔减活化剂的流速大,它与炭反应速率增加,使烧失率增加,产生不均匀活化,导致微孔减少。活化剂流速低时,孔容积反而增加,因此活化剂适当的流速是保证活性炭质量的因少。活化剂流速低时,孔容积反而增加,因此活化剂适当的流速是保证活性炭质量的因素之一。素之一。下表是水蒸气用量与活化时间的关系。以水蒸气为活化剂,在一定温度下水蒸气的用量大,可以下表是水蒸气用量与活化时间的关系。以水蒸气为活化剂,在一定温度下水蒸气的用量大,可以缩短活化时间,但在不同的温度下,缩短的活化时间不同。经过试验数据,活化温度在缩短活化时间,但在不同的温度下,
15、缩短的活化时间不同。经过试验数据,活化温度在850850增增加到加到930930时,时,CO2CO2的浓度可提高一倍。的浓度可提高一倍。CO2CO2作为活化介质,其浓度提高可加快反应速度。作为活化介质,其浓度提高可加快反应速度。第13页,讲稿共28张,创作于星期日2制备工艺流程制备工艺流程(6)(6)炭化料灰分的影响炭化料灰分的影响炭化料中无机成分在炭化和活化过程中,大部分转化为灰分,它是影响活性炭强度主要因炭化料中无机成分在炭化和活化过程中,大部分转化为灰分,它是影响活性炭强度主要因素,在灰分与碳接触的界面上,灰分会造成裂纹,影响活性炭的强度。无机物中的碱金属,素,在灰分与碳接触的界面上,灰
16、分会造成裂纹,影响活性炭的强度。无机物中的碱金属,铜,铁等氧化物和碳酸盐,对碳和水蒸气的反应有催化作用,因此,在炭化料中加入少量铜,铁等氧化物和碳酸盐,对碳和水蒸气的反应有催化作用,因此,在炭化料中加入少量的钴、铁、钒、镍等氧化物,可加速碳与水蒸气的反应。的钴、铁、钒、镍等氧化物,可加速碳与水蒸气的反应。(7)(7)炭粒度的影响炭粒度的影响 炭颗粒小,活化速度快,这是显而易见的道理。粒度过大,活化反应受活化剂在炭颗粒小,活化速度快,这是显而易见的道理。粒度过大,活化反应受活化剂在炭颗粒内扩散速度的影响,活化剂与炭的接触面积小,会发生颗粒外部已烧失,炭颗粒内扩散速度的影响,活化剂与炭的接触面积小
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