基本介紹
- 中文名：顆粒活性炭
- 外文名：Granular activated carbon
- 原料：椰殼、果殼、煤質等
- 特點：發達的孔隙結構，良好的吸附性能
- 用途：水質淨化、氣體吸附、溶劑回收
- 工藝：炭化、蒸汽催化活化
- 外觀：黑色，呈顆粒狀
- 儲放位置：乾燥處
基本信息,分類,製備原料,製備方法,無粘結劑法,粘結劑法,套用,技術指標,
基本信息
活性炭作為多孔性吸附劑，是一種由碳質原料經炭化、活化後微細石墨狀微晶和碳氫化合物構成的非結晶性物質。活性炭的種類因其外觀形狀、製備原料、製造方法及用途等不同，而呈現多樣性。按外部形狀通常分為粉末狀活性炭和顆粒狀活性炭。粉狀活性炭多為木質活性炭，因其存在濾面易堵塞、粉末難分離等問題，未能達到某些行業的使用標準。因此，顆粒狀活性炭得到越來越多的重視和研究，其具有一定形狀，機械強度高，粉塵污染少，在製備、儲存、使用過程中具備優勢，易於滿足不同行業的特殊要求。但是，目前顆粒狀活性炭製備存在的生產成本高、污染大等問題，仍未得到較好的解決。因此，開發一種低生產成本、高機械強度、高吸附效率的“一低兩高” 顆粒活性炭，將具有重要的研究意義和廣泛的市場前景。
分類
椰殼顆粒活性炭
椰殼顆粒活性炭以優質椰殼為原料，經系列生產工藝精加工而成。外觀為黑色，呈顆粒狀，具有空隙發達、吸附性能好、強度高、經濟耐用等優點。
產品主要用於飲用水、純淨水、自來水、制酒、飲料、工業用水的淨化、脫色、脫氯、除臭、乾燥劑、催化載體等方面。
果殼顆粒活性炭
果殼顆粒活性炭以桃殼、杏殼等果核殼為原料，經系列生產工藝精加工而成。外觀為黑色，呈顆粒狀，具有空隙發達、吸附性能好、經濟耐用等優點。
產品主要用於電廠鍋爐用水，工業用水，生活用水，飲料用水及其他各種工業廢水的淨化、提純、脫色等。
煤質顆粒活性炭
煤質顆粒活性炭規格齊全，分為定型和不定型顆粒。不定型顆粒產品主要用於工業用水其他各種工業廢水的淨化、提純、脫色等, 能有效淨化生活污水、化工污水。定型顆粒產品主要用於氣體處理、污水處理、脫硫脫硝、溶劑回收、制氮機/空分設備、噴塗車間等。
製備原料
製備活性炭的原料十分廣泛，含碳物質均可以成為製備活性炭的原料，這些原料同樣也可適用於顆粒活性炭的製備，它們主要分為兩大類：煤質原料、木質原料。煤質原料主要有無煙煤、煤泥、褐剁及石油焦及煤基類；木質原料主要指核桃殼、木材、果殼、竹質、農作物秸稈、含碳廢渣等。此外，利用除塵灰分離炭粉和廢聚苯乙烯泡沫等原料也可以製備出質量較好的顆粒活性炭。
製備方法
顆粒狀活性炭的製備方法主要分為兩大類：1)無需添加粘結劑直接進行炭活化；2)添加粘結劑使碳質前驅體加工成型，再進行炭活化工序。
無粘結劑法
無需添加粘結劑製備顆粒活性炭可分為兩種：一是將一定形狀尺寸的天然木質原料直接進行炭活化，得到無定形顆粒狀活性炭；二是在無需添加粘結劑的條件下，化學藥劑活化法自成型製備顆粒活性炭。
豐富的成型天然木質植物原料，如椰殼、核桃殼、橄欖核等果殼果核類，可直接通過物理或化學活化法製備不定形顆粒活性炭。Poinern等以澳洲堅果殼為原料，先進行高溫炭化，再結合二氧化碳活化法製備顆粒活性炭，並探討了活化溫度對活性炭吸附金的影響。結果表明，高溫活化有利於提高顆粒活性炭的吸金容量。賀德留等發明了磷酸法生產木質無定形顆粒活性炭技術，通過對原料(主要是果殼、果核)的預粉碎、浸泡、浮分及低溫下乾燥炭化處理，活化後可得具有較高強度和吸附力的產品。結果表明，原料粒度為 20 ~ 40 目有利於活化劑的滲透，相比氯化鋅法，提高了無定形炭的強度，且碘值>950 mg/g，B 焦糖色>100%，相比物理法其生產成本降低了 40%。
化學活化法自成型製備顆粒活性炭，是在碳質原料中加入一定數量的化學藥品，進行充分捏合塑化產生焦油等膠黏和增塑性物質，無需另加粘結劑即可成型，經加熱炭活化一步完成的製備方法 。目前，製備顆粒活性炭使用的化學藥劑主要有 ZnCl2、H3PO4 、KOH、NaOH、H2SO4、CaCl2、K2CO3等。不同的化學活化劑，對原料的活化機理各不相同。
粘結劑法
添加粘結劑主要是為了解決原料自身無粘結性，成型困難，產品強度、表面光滑度不理想等問題的成型活性炭的製備。粘結劑的種類和用量，很大程度上影響著活性炭的強度和吸附性能。加入粘結劑，往往使顆粒活性炭的部分孔隙堵塞，造成機械強度提高的同時其吸附性能降低。常用粘結劑有煤焦油、澱粉、木焦油、亞硫酸紙漿廢液、粘土、廢糖蜜、羧甲基纖維素、樹脂類等。
煤具有含碳量高、資源豐富、價格低廉等優點，廣泛用於顆粒活性炭的製備原料。當前，製造煤質顆粒活性炭所用的原料煤都是無粘結性和弱粘結性的煤，如無煙煤、弱粘煤、褐煤等，因此均需要在原料煤中添加一定數量的粘合劑，使之壓製成型。由於煤焦油的瀝青含量高，對煤粉的粘結能力強，因此，我國煤質活性炭工廠大多數採用煤焦油作為粘結劑。杜亞平等採用煤焦油作為石油基顆粒活性炭的粘結劑，與無煙煤混捏，經擠壓成型，活化製得機械強度較高、微孔發達的顆粒活性炭，可作為淨化空氣或水用吸附劑。
除了煤質原料，研究者對木質原料及其他原料製備顆粒活性炭也進行了大量研究。夏洪應等以煙桿廢棄物為原料，木焦油為複合粘合劑，分別採用水蒸氣和二氧化碳活化法製備顆粒活性炭。結果表明，900 ℃活化時，水蒸氣法顆粒活性炭呈微孔型，BET 比表面積為 1037 m2/g，總孔容積為0.8152 mL/g；二氧化碳法活性炭炭也呈微孔型，比表面積為 947.81 m2/g，總孔容為 0.48 mL/g，但得率高於水蒸氣法。
套用
顆粒活性炭因其巨大的比表面積和發達的孔結構，以及機械強度高、耐酸耐鹼、性質穩定等優勢特徵，而廣泛用於化工、食品、醫療、國防等領域，特別是在環保問題上，活性炭作為氣、液相吸附劑治理空氣污染和水污染具有重要的研究意義。顆粒活性炭吸附劑是利用活性炭的物理吸附、化學吸附及氧化催化等性能去除水中和大氣中的污染物。
顆粒活性炭作為清潔能源的高效吸附劑，已經為天然氣、氫氣等潔淨能源的儲存運輸提供較大的經濟效益。同時，顆粒活性炭還廣泛用於氣體精製：公共或居住場所難聞的異味，如餐廳食物的氣味、圖書館和辦公室的紙味及汗臭味等都是令人不愉快的，可用顆粒活性炭淨化室內空氣；工業廠房，如食品加工、製造藥品或精密儀器室等空氣中含有煙霧、灰塵和刺激物成分，將影響工作人員健康或造成精密儀器氧化腐蝕，可採用顆粒活性炭進行淨化脫除雜質；煤酸廠、化工廠以及汽車尾氣排出的氣體中，含有各種各樣有機溶劑、無機及有機硫化物、烴類、有機汞化合物及其它有害成分，直接排放將嚴重污染大氣並影響人類身體健康，可用顆粒活性炭進行高效吸附回收再排放；在冷藏室和水果倉庫採用活性炭淨化空氣，實現循環通風減少乙烯濃度，以延長水果的貯藏期；核電站排出氪、氙等放射性氣體，可致人體致癌和植物枯死等危害，必須用活性炭將它們吸附乾淨再行排放；另外，顆粒活性炭在軍事上製作防毒面具和工業用呼吸器廣泛使用。
在液相吸附套用上，顆粒活性炭廣泛使用於飲用水淨化、工業廢水處理、釀酒、脫色、脫味、除臭、乾燥劑、溶劑回收等領域。對於日益嚴重的水污染，不僅破壞水中生態系統，而且對於人類健康和社會經濟具有重大威脅。顆粒活性炭具有較強吸附性能、容易再生和反覆利用等優勢，能去除水中產生臭味的物質和有機物，如苯、酚、氯、農藥、洗滌劑、三鹵甲烷等。此外，對銀、鎘、銅、汞、銻、砷、鉍、錫、鉛、鉻酸根等重金屬離子也可有效的去除。
技術指標
粒度(目) | 強度(%) | 水分(%) | 灰份(%) | 亞甲蘭吸附值(mg/g) | 碘吸附值(mg/g) | 堆比重(g/L) | 四氯化碳吸附值(%) | 用途 |
4-10 | 90 | 5 | 8-15 | 200 | 1050 | 350-480 | 70 | 淨化空氣 淨化水 |
8-16 | 93 | 5 | 8-15 | 190 | 1050 | 380-480 | 65 | |
8-30 | 93 | 5 | 8-15 | 190 | 1050 | 380-480 | 65 | |
4-6 | 90 | 5 | 6-15 | 180 | 1000 | 400-500 | 60 | |
4-8 | 90 | 5 | 8-15 | 190 | 1050 | 380-480 | 65 | |
8-16 | 95 | 5 | 8-13 | 180 | 1000 | 400-500 | 60 | |
8-30 | 95 | 5 | 8-12 | 170 | 950 | 400-520 | 55 | |
12-30 | 93 | 5 | 6-13 | 180 | 1000 | 400-520 | 60 | |
12-40 | 93 | 5 | 6-12 | 170 | 950 | 400-520 | 55 | |
4-6 | 90 | 5 | 6-12 | 170 | 950 | 400-520 | 55 | 淨化空氣 工業水處理 脫色 排水處理 |
4-8 | 93 | 5 | 6-13 | 180 | 1000 | 380-500 | 60 | |
4-10 | 93 | 5 | 6-13 | 180 | 1000 | 380-500 | 60 | |
8-30 | 95 | 5 | 6-12< | 160 | 950 | 400-520 | 55 | |
12-30 | 95 | 5 | 6-12 | 160 | 950 | 400-520 | 55 | |
12-40 | 95 | 5 | 6-12 | 150 | 900 | 400-520 | 55 |
