提高煤基活性炭質量的途徑分析與研究

焦曉萍

摘 要：煤基活性炭表面積較大、空隙結構較為豐富，具有穩定的物理吸附性以及化學催化性能，被廣泛應用于工業生產以及生活中。但是，在煤基活性炭生產過程中，會受到多種因素影響，導致其質量降低。基于此，本文結合煤基活性炭質量的影響因素，對提高煤基活性炭質量的途徑進行簡要分析與研究。

關鍵詞：煤基活性炭;質量;提高途徑

煤基活性炭具有較好的吸附能力以及催化性能和穩定性，耐高溫抗酸堿，因此被廣泛應用于工業、農業、軍事防護以及人們的日常生活中。為了確保其質量以及整體性能，需要對煤基活性炭生產過程中的質量影響因素進行全面分析，制定出相應的質量提高策略，從而推動相關產業的發展。

1 煤基活性炭的炭化影響因素及提高途徑

煤基活性炭的炭化反應主要是指煤基活性炭在低溫環境下的熱分解、固化以及煤焦油中低分子物質的揮發過程。另外，炭化反應也是煤基活性炭生產過程中的關鍵工序之一，炭化反應的過程中，煤基活性炭受到高溫會分解，大量非碳元素H和O以氣體形式脫除，獲釋的碳原子重新組合形成基本石墨微晶的有序結晶生成物。因此，在對煤基活性炭進行炭化反應的過程中，需要確保其處于隔絕空氣狀態。炭化的目的，主要有以下三點：其一，將成品中的揮發分以及水分排除干凈;其二，提高煤基活性炭的強度;其三，促使煤基活性炭形成初步空隙，提高吸附能力。

煤基活性炭的炭化與其溫度有很大關系，溫度過低或者溫度過高都可能影響到煤基活性炭的質量。如表1所示為炭化溫度對半焦性質的影響。

通過相關實驗對比發現：煤基活性炭的炭化溫度與其質量具有直接關系，當炭化溫度過高時，煤基活性炭的微孔容積會呈下降趨勢，不過其耐磨強度會逐漸提升[1]。因此，想要提高煤基活性炭的質量以及最終產品質量，可在對煤基活性炭進行炭化的過程中，將其炭化溫度控制在600℃。

2 煤基活性炭的活化影響因素及提高途徑

2.1 活化劑種類對活化過程的影響及提高途徑

活化主要是指提升煤基活性炭顆粒活性，使炭化料形成發達孔隙結構和具有巨大比表面積的過程。對煤基活性炭進行活化反應的方式主要有三種，即化學藥品活化法、物理活化法以及物理化學聯合活化法。本文著重研究物理活化法中氣體活化劑對活化的影響因素。

物理活化法，主要是指在對煤基活性炭進行活化的過程中，加入氣體活化劑，比如水蒸氣、CO2、氧氣、氮氣等;其活化過程需要經歷三個階段，即開放原來的閉塞孔、擴大原有孔隙，以及形成新的孔隙，這樣才能夠得到最終產品。

如表2和表3所示，分別為炭氣化燃燒反應的相對速度，以及不同活化劑對煤基活性炭產品性質的影響。

為找到最佳活化劑，相關人員通過對活化溫度進行控制，改變活化劑種類的方式進行實驗[3]。通過實驗分析如表2和表3所示：用O2 、CO2和水蒸氣作為活化劑得到的活性炭吸附能力差異巨大。

炭和O2 的活化速度快，缺點是釋放了大量熱致操作困難，另外氧容易使炭表面氧化致吸附性能和活化效果差，而用水蒸氣和CO2可避免以上缺點達到活化效果最佳，水蒸氣和CO2能夠在煤基活性炭的微孔內進行充分擴散，促使炭顆粒能均勻進行活化反應，最終得到孔隙分布均勻且吸附性能極佳的煤基活性炭。基于此，想要提高煤基活性炭的質量，在對其進行活化的過程中，應該選擇CO2和水蒸氣作活化劑。

2.2 活化溫度對活化過程的影響及提高途徑

以水蒸氣作為活化劑，通過改變活化溫度，不改變其他因素進行相關實驗發現，活化溫度與煤基活性炭的質量具有一定關聯[4]。

如表4所示，為不同的活化溫度下水蒸氣用量及活化時間關系。可分為兩種情況：

①當活化溫度相同時，活化劑的流速大，其與煤基活性炭的反應速率也將變快，活化時間會縮短;②當活化溫度不同時，水蒸氣的使用量，以及活化時間的縮短效果存在一定差異，溫度越高，活化劑的用量越小，活化速率也越快。經對比可得到：要想提高煤基活性炭的質量，則需活化將溫度控制在900℃左右。

3 煤基活性炭粒徑與碘值、活化均勻度之間的關系

活化反應即活化劑在炭顆粒內部的擴散過程。當煤基活性炭顆粒小時，活化速率快：相反當炭顆粒過大，活化速度相應也會變慢。

在活性炭行業中通常用碘吸附值來標定活性炭的吸附值，吸附值越高，活性炭的吸附能力就越強。影響活性炭吸附能力的主要因素取決于內部孔隙結構的發達程度：活性炭顆粒活化越均勻，孔隙結構越發達。

炭顆粒的活化過程是由外至內逐步擴散的，通過對碘值與炭粒徑、活化均勻度之間的關系分析可見：在過大炭顆粒（即2.36mm到6.00mm之間的顆粒）進行活化反應的過程中，受活化劑在活性炭顆粒內擴散速度的影響，炭顆粒與活化劑的接觸面積變小，出現表面燒失但顆粒內部卻并未完全活化的問題;如果煤基活性炭顆粒過小，炭層阻力增大，活化氣流在通過過程中會受到較大阻礙，在活化反應的過程中活化劑不能均勻擴散，導致煤基活性炭顆粒無法實現均勻活化目的。想要提高煤基活性炭的碘值與質量，應該將物料粒度控制在0.85mm到3.35mm之間[5]。

因此，經過實驗得出，煤基活性炭顆粒大小與活化速度以及活化均勻程度有直接關系，想要提高煤基活性炭的質量，就需要確保其粒度均勻。

4 結束語

通過上述分析與研究可以得到以下幾點結論：其一，炭化溫度對煤基活性炭的性質具有重要影響，最佳炭化溫度應控制在600℃左右;其二，活化劑對煤基活性炭的性質具有重要影響，最佳生產活化劑為CO2和水蒸氣;其三，活化溫度對基活性炭的性質具有重要影響，最佳活化溫度應控制在900℃左右;其四，煤基活性炭的顆粒粒度會對活化速度以及均勻程度造成一定影響，最佳物料粒度應控制在0.85mm到3.35mm之間。

參考文獻：

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[4]李晉，陸曉東，張輝.煤基活性炭產品質量的影響因素[J].潔凈煤技術，2018，24（S1）：84-87.

[5]蔣煜，劉德錢，解強.我國煤基活性炭生產技術現狀及發展趨勢[J].潔凈煤技術，2018，24（01）：26-32.