活性炭的制備技術(shù)
化學(xué)活化法
化學(xué)活化法就是通過(guò)將各種含碳原料與化學(xué)藥品均勻地混合后，一定溫度下，經(jīng)歷
炭化、活化、回收化學(xué)藥品、漂洗、烘干等過(guò)程制備活性炭。磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸、碳酸鉀、
多聚磷酸和
磷酸酯等都可作為活化試劑，盡管發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不同，有些對(duì)原料有侵蝕、水解或脫水作用，有些起氧化作用，但這些化學(xué)藥品都可對(duì)原料的活化有一定的促進(jìn)作用，其中較常用的活化劑為磷酸、氯化鋅和氫氧化鉀?；瘜W(xué)活化法的活化原理還不十分清楚，一般認(rèn)為化學(xué)活化劑具有侵蝕溶解纖維素的作用，并且能夠使原料中的碳?xì)浠衔锼械臍浜脱醴纸饷撾x，以 H2O、CH4等小分子形式逸出，從而產(chǎn)生大量孔隙。此外，化學(xué)活化劑能夠抑制
焦油副產(chǎn)物的形成，避免焦油堵塞熱解過(guò)程中生成的細(xì)孔，從而可以提高活性炭的收率。 [2]
我國(guó)木質(zhì)磷酸法粉狀活性炭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；⒆詣?dòng)化和清潔化生產(chǎn)，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 [2]
（1）磷酸活化法
磷酸法制備活性炭的過(guò)程中，磷酸與木質(zhì)纖維原料的作用機(jī)理可分為以下幾個(gè)方面：潤(rùn)脹作用、加速活化作用、脫水作用、氧化作用和芳香縮合作用。 [2]
磷酸活化法的基本工藝包括木屑篩選、干燥、磷酸溶液配制、混合(或浸漬) 、炭化、活化、回收、漂洗（包括酸處理和水洗）、離心脫水、干燥與磨粉等工序，如生產(chǎn)顆粒活性炭還需增加捏合工藝。另外，附設(shè)專門的廢氣凈化系統(tǒng)，回收煙氣中的磷酸和炭粉，減少對(duì)環(huán)境的污染。磷酸活化法的生產(chǎn)工藝中，要注意在炭化段控制度，讓磷酸充分滲透入木屑，再與活化段協(xié)同控制，可以明顯提高活性炭吸附能力，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)適當(dāng)降低活化溫度對(duì)降低產(chǎn)品灰分有利。炭活化尾氣采用多段液相回收可以增加磷酸和細(xì)炭粉的回收，采用高壓靜電方式也有利于尾氣中焦油的去除。 [2]
（2）氯化鋅活化法
ZnCl2在活化過(guò)程中使木質(zhì)纖維原料發(fā)生脫氫反應(yīng)并進(jìn)一步芳構(gòu)化，從而形成初步孔結(jié)構(gòu)，水洗脫除氯化鋅后即形成孔隙結(jié)構(gòu)。此外還有學(xué)者認(rèn)為氯化鋅在炭化時(shí)形成新生炭沉積的骨架，當(dāng)其被洗去之后，炭的表面便暴露出來(lái)，構(gòu)成了具有吸附力的活性炭?jī)?nèi)表面。 [2]
氯化鋅活化工藝流程與磷酸活化法工藝基本相似。氯化鋅法活性炭由于其孔徑分布相對(duì)集中、吸附力強(qiáng)等特點(diǎn)，一直受到國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的青睞，需求量逐年增加。 [2]
（3）氫氧化鉀活化法
KOH活化法是20世紀(jì)70年代興起的一種制備高比表面積活性炭的活化工藝，其活化過(guò)程是將原料炭與數(shù)倍炭質(zhì)量的KOH或NaOH混合，在不超過(guò)500℃下脫水后于800 ℃左右煅燒若干時(shí)間，冷卻后將產(chǎn)品洗滌至中性即可得到活性炭。反應(yīng)機(jī)理是活化過(guò)程中被消耗的炭主要生成了碳酸鉀，同時(shí)在800℃左右，被炭還原的金屬鉀（沸點(diǎn)762℃）析出，金屬鉀的蒸氣不斷進(jìn)入碳原子所構(gòu)成的層與層之間進(jìn)行活化，這兩個(gè)反應(yīng)使產(chǎn)物具有很大的比表面積。 [2]
KOH法活性炭主要應(yīng)用在超級(jí)電容器領(lǐng)域。以椰殼為主要原料所制得的活性炭比表面積可接近3000m2/g，比電容可超過(guò)200F/g，同時(shí)還可表現(xiàn)出非常優(yōu)良的儲(chǔ)氫和儲(chǔ)甲烷能力，在77K 和100kPa的情況下，儲(chǔ)氫量可達(dá)到2.94%，壓力提高至1MPa，儲(chǔ)氫量可達(dá)4.82%。 [2]
物理活化法
物理法通常又稱氣體活化法，是將已炭化處理的原料在800 ～1000℃的高溫下與水蒸氣，煙道氣（水蒸氣、CO2、N2等的混合氣）、CO或空氣等活化氣體接觸，從而進(jìn)行活化反應(yīng)的過(guò)程。物理活化法的基本工藝過(guò)程主要包括炭化、活化、除雜、破碎（球磨）、精制等工藝，制備過(guò)程清潔，液相污染少。 [2]
在制備過(guò)程中，具有氧化性的高溫活化氣體無(wú)序碳原子及雜原子首先發(fā)生反應(yīng)，使原來(lái)封閉的孔打開(kāi)，進(jìn)而基本微晶表面暴露，然后活化氣體與基本微晶表面上的碳原子繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)，使孔隙不斷擴(kuò)大。一些不穩(wěn)定的炭因氣化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物氣體，從而產(chǎn)生新的孔隙，同時(shí)焦油和未炭化物等也被除去，較終得到活性炭產(chǎn)品?；钚蕴堪l(fā)達(dá)的
比表面積則源自中孔、大孔
孔容的增加，形成的大孔、中孔和微孔的相互連接貫通。由于物理法工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對(duì)環(huán)境污染較小，而且較終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、應(yīng)用范圍廣，因此世界范圍內(nèi)的活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。炭活化過(guò)程中產(chǎn)生大量的余熱，可滿足原料烘干、余熱鍋爐制高溫蒸汽、產(chǎn)品的洗滌烘干等所需熱能。 [2]
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