探究煤基活性炭生產技術

吳亮亮

國家能源集團新疆能源公司活性炭分公司 新疆烏魯木齊 830014

活性炭又稱為多孔碳。其間隙較大，且是一種人工碳材料堆積而成的。作為碳的一種，活性炭擁有穩定的物理和化學性質，能夠承受高溫、高壓并抗酸堿度。活性炭不會在水、有機溶劑中消解。是一種環保的，經濟類的材料。活性炭的制備類材料應用面比較廣泛，就原料來說，活性炭的制備原料分類有木制以及煤質類原料。此外，果殼、秸稈以及紙漿等都可以作為木制原料。而無煙煤、瀝青等則是煤質類原料的絕佳選擇。

1 活性炭技術

1.1 生物活性炭濾池技術

在歐洲使用該技術的代表性水廠有瑞士的林格水廠、法國的盧昂拉夏佩勒水廠和德國的繆爾霍姆水廠等。我國則陸續采用此工藝進行深度處理，均達到深度凈化效果。眾多應用實例表明，生物活性炭工藝對多種污染物質均有很好的改善效果，包括色度、嗅味物質、鐵、錳、有機物和氨氮等。

1.2 溶劑再生法

溶劑再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質三者之間的相平衡關系，通過改變溫度、溶劑的pH值等條件，打破吸附平衡，將吸附質從活性炭上脫附下來。溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附，如對高濃度、低沸點有機廢水的吸附。

1.3 電化學再生法

電化學再生法是一種正在研究的新型活性炭再生技術。該方法將活性炭填充在兩個主電極之間，在電解液中，加以直流電場，活性炭在電場作用下極化，一端成陽極，另一端呈陰極，形成微電解槽，在活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發生還原反應和氧化反應，吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解，小部分因電泳力作用發生脫附。該方法操作方便且效能高、能耗低，其處理對象所受局限性較小，若處理工藝完善，可以避免二次污染[1]。

2 煤基活性炭的制備工藝研究過程

2.1 炭化

在煤基類活性炭的制備過程中，只有讓煤分子結構中的含氧官能團斷裂，同時令自由基芳環進行分解聚合，才能讓碳的含量大幅度提升，讓煤基活性炭的生產流程能夠順利實施。工藝師需要在活化過程中，仔細研習孔隙碳結構。總的來說，炭化煤基活性炭的工藝，需要堅決杜絕空氣的進入，化學品也不能參與其中，氫、氧等大部分的非碳元素需要不斷被分解，此后才能順利進行炭化。在炭化的過程中的第一步驟，就是分解，通過氣態的方式；其次是自由的碳元素需要進行結合，進而由無序變為有序；第三，通過無序的碳進行填充，才能形成孔隙發達，具有成熟結構的活性炭。

2.2 活化

活性炭的主要成分是碳，此外還有少量灰分，是一種類石墨螺層型微晶結構。賦予炭顆粒活性，使炭形成多孔的微晶結構，具有發達的表面積的過程稱為活化過程。活化過程分為化學活化法以及物理活化法兩類。在化學活化法中，要將化學藥劑和含碳物質相互結合。此類方法制得的活性炭，次微孔發達，多用于液相吸附。而在物理活化法則是一種氣體活化方法，有三個要素需要參與其中，即水蒸氣、二氧化碳以及氧氣。此類活化法制得的活性炭，微孔發達，對氣相物質有很好的吸附力，當然也可通過控制炭的活化程度而用于液相吸附[2]。

3 影響煤基活性炭制備工藝的因素

3.1 原料煤性質

原料煤的性質，在煤基活性炭的生產過程中十分重要，其性質對活性炭的質量影響尤為突出。在不同種類的碳中，氫、氧等含量都不同，此外，煤的化學結構差異也很大，炭化后的半焦特性也不盡相同。

3.2 炭化溫度

炭化溫度作用明顯，尤其對于炭化過程中的半焦性質來說。一旦溫度飆升，微孔的容積也會逐漸下調，碳的硬度逐步增加。碳的孔隙結構與性質，是讓碳的炭化溫度發生變化的關鍵所在。研究者發現，炭化過程中，600℃是一個理想溫度。在炭化過程中，要注意脫氧，讓孔隙的碳結構能夠發生明顯變化。

3.3 活化溫度

調查者研究發現，800～900℃是水蒸氣活化溫度的理想溫度，900～950℃則是煙道氣活化溫度的理想溫度。而600℃則是空氣的理想活化溫度。要想讓碳骨架發生反應的最佳溫度達標，就需要利用好活化劑與在炭化過程中的最佳手段，及在使用催化劑的過程中，利用最佳分解溫度進行拆分。

3.4 活化時間

在煤基活性炭的研發過程中，活化時間的長與短十分關鍵。活化過程中，活化時間越長，活性炭的碘吸附值會呈現一定的規律，即先是增大，隨后變小。在一個小時之內，活化值就會達到最大。然而，活化的時間不能任其隨意增長，一旦時間過長，就會讓活化劑和孔隙邊緣的碳原子出現變化，而石墨微晶的結構和性質也會逐漸發生變化。這就會讓活性炭的表面變得千瘡百孔，出現腐蝕情況，少之會造成活性炭的吸附能力不強，重則會造成活性炭質量欠佳。

3.5 煤中礦物質

看煤基活性炭是否優質，灰分的容量指標是關鍵。灰分，顧名思義，就是煤炭中礦物質、有機成分，經過高溫加熱后，產生的物質成分。研究表明，活性炭的性能不是很穩定，尤其是在灰分起作用后。為此，要盡可能抑制活性炭中灰質的含量，讓活性炭的性能效果達到最佳。在煤炭中，無機成分參與其中，讓活性炭的著火點、活性炭的灼燒的熔點不再提升，這樣灰分以及活性炭就開始互不影響，讓活性炭中的灰分含量能夠不再提升，這樣活性炭的質量就能夠大大優化。

4 結語

在制備煤基活性炭的過程中，我們的首要任務就是深入研究深度脫灰技術，尤其是軍事、食品等領域，此外，煤基活性炭對無機質的數量與種類有更嚴格的要求，這些礦物質會造成產品的質量惡化。研究者正在想辦法讓灰分去除，讓木質活性炭能夠得到替代，這對煤基活性炭制備工藝的進一步研究具有跨時代的意義。