粉状活性炭怎样制备以及怎样应用?

   日期:2019-04-18     来源:食品伙伴网    浏览:2    
核心提示:从粉状活性炭脱色剂技术发现至今,BAC已在许多国家成功地应用于污染水源净化,工业废水处理和污水的深度净化等。粉状活性炭脱色剂技术的应用研究有以下几个方面。
   粉状活性炭的制备方法应用技巧

  从粉状活性炭脱色剂技术发现至今,BAC已在许多国家成功地应用于污染水源净化,工业废水处理和污水的深度净化等。粉状活性炭脱色剂技术的应用研究有以下凡个方面。

 
  粉状活性炭脱色剂-饮用水处理:

  粉状活性炭脱色剂目前在日本、西欧等国家的水厂有着较为广泛的应用,其中有代表的应用实例有,法国鲁昂市夏佩尔水厂,该厂是世界上运行最久的粉状活性炭脱色剂处理厂,是BAC工艺最具有代表性的生产应用,其处理流程为:源水—预臭氣化—砂滤,粒状生物炭滤池—二次臭氧化—后氧化出水。该厂处理量为5万立方米/天,采用粉状活性炭脱色剂主要是去除氨及合成有机物。进水CODMH为0.15mg/L,去除率为20%左右。运转到26个月时出水水质仍然很好,活性炭不必再生。

  Kong运用臭氧化粉状活性炭脱色剂、粉状活性炭脱色剂和氧化颗粒活性炭£种方法处理日本Minaga水库原水,根据水中溶解性有机物、可吸附溶解性有机物和可生物降解溶解性有机物去除率评价的三种方法。溶解性有机物基本上都能被活性炭吸附,臭铤轵化能提高有机物的可生化性,03-BAC的出水水质明显比另两种要高。

  三(3甲烷生成势(THMFP)随着氧化消毒的广泛使用成为人们普遍关心的新问题。臭氧粉状活性炭脱色剂技术不仅具有臭氧氧化,提高溶解氧的优点,而且协同了活性炭的吸附作用和强化微生物的生物降解作用。安东等人研究了粉状活性炭脱色剂工艺处理后水质参数THMFP与溶解性有机物之间的关系,以及pH对它们相互关系的影响,结果表明:粉状活性炭脱色剂工艺可以长期稳定地去除50.2%?59.3%的THMFP。

 
  【粉状活性炭的加料方法和技巧】

  粉状活性炭因易飞散,因而在操作管理上要严加注意尤其要注意选用装料设备的方式,为了改进作业环境和提高工作效率,通常都采用自动运转的装料设备,活性炭的运输,有时采用容器,但多数场合采用袋子进行。所以在装料时,一些碎屑、棉线头和木片等杂质容易混入活性炭袋中,有时也会因此而产生事故。为了消除上述故障,可在装料斗或在输送活性炭的管道中加装金属网,并在适当的时候将其取出来加以清扫,以便通过这种方法来清除活性炭袋中的异物。活性炭在漏斗中央经常会堆积起来形成一种堵塞棚料的现象,使加进的活性炭无法通过。每当遇到这种情况,则需要改变漏斗下部的倾斜角度,使漏斗的下部倾斜度更陡,以便使加入的活性炭能畅通地下落。活性炭加料通常采用喷射器喷射的方式进行,但在加料时,要注意活性炭对旋转加料阀或喷射器的磨损程度。为此,上述的喷射器或旋转加料阀等至少要半年彻底检修一次。

  粉状活性炭的加入量可用两种方法来测量,一种是容量法,而另一种则是重量法。但前一种方法需要根据表观密度和水分,而后一种方法则需要先测定活性炭的水分含量,然后分别进行修正,否则将无法求出真正的加料量。另外,也有把活性炭配置成浆液后,再利用定量泵加入的方法。若采用这种方法,需要精确地调节浆液的浓度。

  在大量加入活性炭的场合,需要引起注意的是,活性炭在沉淀池中沉淀不够充分或因粉状活性炭未凝聚而漏出沉淀池的问题,因为出现泄漏就会导致所谓的黑水出现,故需充分注意。

  由于粉状活性炭非常容易飞散,这一点已列入活性炭装料设备的注意事项之中,所以粉状活性炭的操作现场最好与其它设备隔开设置。因为粉状活性炭一接触电器系统,就会产生绝缘不良现象。因此,在进行设计时,就要对此加以慎重地考虑,以便使活性炭加料设备获得万无一失的好效果。

 
  粉状活性炭的制备方法

  1)气体活化法:世界上生产活性炭的厂家70%以上都是采用气体活化法。我国主要以气体活化法生产活性炭。物理活化对环境污染小,因其是依靠氧化碳原子形成孔隙结构,故活性炭的收率不高,且活化温度较高,需先进行炭化再活化。

  2)化学活化法:1980s年代中期,美国阿莫卡公司以KOH为活化剂,采用化学活化法,制得比表面积大于2500m2/g的活性炭。日本大阪煤气公司,用中间相沥青微球为原料、也采用类似的活化方法制得比表面积高达4000m2/g的活性炭。日本关西热化学也有这种称之为Maxsorb的制品。中国科学院山西煤炭化学研究所于1990s年代初开展了这方面的研究工作,并成功制得了高比表面积活性炭(SBET~3600m2/g)。另外,国内外对加入H3PO4进行活化的研究较多,美国于1970s年代将原料褐煤及次烟煤用稀磷酸处理,获得了高比表面及活性的活性炭,其比表面积高达3000m2/g。现在美国大约有40%~50%活性炭采用磷酸活化法。法国、德国、意大利、比利时、荷兰、英国等西欧各国大约有15%的生产厂家采用该活化方法。日本采用磷酸活化法相比于美国则少些。我国这方面的报导则很少,还处于研究起步阶段。主要化学试剂有:氯化锌、磷酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾、硫化钾、碳酸钾等钾的化合物。美国和日本采用化学KOH活化制备活性炭已经实现了工业化。

  化学活化法工艺特点是活化温度低,易对产品的孔隙结构进行调整。化学活化法是炭化活化一次完成,有利于形成尺寸较小的碳微晶,容易形成细的孔隙结构,可以制造出孔隙更发达、吸附性能更好的活性炭,炭的相对得率较高。但化学活化对设备腐蚀性大,污染环境,其制得的活性炭中残留化学药品活化剂,应用方面受到限制。

  3)化学物理活化法:为了发挥物理活化和化学活化各自的优点,目前世界各国包括我国在内都在研究、探讨将化学活化法和物理活化法结合起来,用新型的生产工艺,生产出孔隙结构更加合理、发达、吸附性能更优越、用途更广泛的活性炭产品。

 
  二.活性炭生产制备技术

 
  1)连续化、无公害化制造技术

  欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化制造体系:如美国的卡尔岗公司、维斯特维公司、荷兰的诺力特公司、年产活性炭均超过万吨,员工仅100多人。而且对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面化学基团的关系研究,做到了品种的专用化和多样化。如美国、日本的活性炭产品品种达到数百种。

 
  2)活化剂低消耗制造工艺

  传统化学法制造活性炭的缺点是活化剂消耗大,回收率低,产生的废水废气对环境造成危害。随着工艺技术的进步,日本氯化锌法活性炭生产技术采用回转炉两段法,较低温活化,其氯化锌消耗量极低。美国磷酸法生产活性炭,磷酸消耗在20%(每吨活性炭的酸耗)以下,生产环境清洁。磷酸的低消耗不仅大大降低生产成本,最主要保护了环境,实现了清洁生产。

 
  3)原料预处理

  活性炭原料的预处理包括脱灰和预氧化。活性炭生产原料为木质、煤质等天然产物,均含有一定量的杂质,如Si、Al、Ca、Mg等元素,这些成分在活性炭制备过程中有极敏感的阻止微孔形成的作用通过对原料脱灰预处理,能显著提高活性炭性能。以煤质原料为例,国内外研究采用新的研磨技术结合化学洗涤法,可获得灰分为1%的精煤,但是成本相对较高。

  活化前对原材料进行适当的氧化处理,可以提高活性炭的吸附性能和产率。原料预氧化对活化过程有两点较为明确的优点:一是能降低活化温度和缩短活化时间;二是通过原料的预氧化后增加了原料的表面活性,使得活化作用更容易深入到原料颗粒内部。原料预氧化处理一般有干和湿两种方法干法为在一定加热条件下,用空气、氧气等气体作为氧化剂,湿法则常用硝酸、硫酸等作氧化剂。研究表明,氧化预处理可获得煤质活性炭比表面积3000m2/g,碘吸附值1500mg/g,亚甲基蓝吸附值300mg/g,苯酚吸附值250mg/g的性能,对于木质活性炭的亚甲基蓝吸附值可达到760mg/g。

 
  4)使用催化活化剂

  当利用物理活化法制备超级活性炭时,添加催化剂进行催化活化可成倍提高反应速率,降低活化温度,并且孔径分布集中。例如,国内专利以采用钙催化物理活化法,C-H2O反应活化能从185kJ/mol降低到164~169kJ/mol,孔径集中于5~10nm。日本专利采用过渡金属元素作催化剂,不仅减少了反应时间,而且获得比表面积达到2500~3000m2/g的超级活性炭,有代表性的过渡金属化合物有Fe2(NO3)3、Fe(OH)3、FePO4、FeBr3、Fe2O3等。但过快的反应速度可能会使微孔壁面被烧穿,破坏微孔结构。

 
  5)使用模板

  在无机物模板内很小空间(纳米级)中引入有机聚合物并使其炭化,然后用强酸将模板溶掉后即可制得与无机物模板的空间结构相似的多孔炭材料,该方法可制得孔径分布窄、选择吸附性高的中孔活性炭。美国、日本有利用硅凝胶微粒(75~147μm,比表面积470m2,孔径4.7nm)作为模板,制成比表面积1100~2000m2/g,孔径为1~10nm,并集中在2nm的窄孔径分布的活性炭材料。利用模板法制备活性炭的优点是可以通过改变模板的方法控制活性炭的孔分布,但该方法的缺点是制备工艺复杂需用酸去掉模板,使成本提高。
 
日期: 2019-04-18
标签: 粉状活性炭 活性炭 制备方法 方法 应用 技巧
 
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