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1簡介

氣體活化法也稱物理活化法,採用水蒸氣、煙道氣(主要成分為C02)、空氣等含氧氣體或混合氣體作為活化劑,.在高溫下與炭化料接觸進行活化或兩種活化劑交替進行活化,從而生產出比表面積巨大、孔隙發達的活性炭產品。

2氣體活化法原理

活化反應屬於氣固相系統的多相反應,活化過程中包括物理和化學兩個過程,整個過程包括氣相中的活化劑向炭化料外表面的擴散、活化劑向炭化料內表面的擴散、活化劑被炭化料內外表面所吸附、炭化料表面發生氣化反應生成中間產物(表面絡合物)、中間產物分解成反應產物、反應產物脫附、脫附下來的反應產物由炭化料內表面向外表面擴散等過程。 一物料在炭化過程中已形成了類似石墨的基本微晶結構,在微晶之間形成了初級孔隙結構,不過由於這些初級孔隙結構被炭化過程中生成的一些無序的無定形碳或
焦油餾出物所堵塞或封閉,因此炭化料的比表面積很小。
氣體活化的過程就是用活化氣體與C發生氧化還原反應,侵蝕炭化物的表面,同時除去焦油類物質及未炭化物,使炭化料的微細孔隙結構發達的過程。通過氣化反應,使炭化料原來閉塞的孔開放、原有孔隙的擴大及孔壁燒失、某些結構經選擇性活化而產生新孔的過程。孔隙的形成與C的氧化程度密切相關,在一定的活化燒失率範圍內,活化氣體與炭化料的氣化反應程度越深,生產出的活性炭比表面積就越大、孔隙就越發達、活性炭的吸附性能就越好。杜比寧(Dubinin)理論認為,燒失率小於50%時,得到的是微孔活性炭;燒失率大於75%時,得到的是大孔活性炭;燒失率在50%-75%時,得到的是具有混合結構的活性炭。

3氣體活化法過程

目前的研究表明,活化反應通過以下三個階段最終達到活化浩孔的目的。第一階段:開放原來的閉塞孔。即高溫下,活化氣體首先與無序碳原子及雜原子發生反應,將炭化時已經形成但卻被無序的碳原子及雜原子所堵塞的孔隙打開,將基本微晶表面暴露出來。
第二階段:擴大原有孔隙。在此階段,暴露出來的基本微晶表面上的C原子與活化氣體發生氧化反應被燒失,使得打開的孔隙不斷擴大、貫通及向縱深發展。
第三階段:形成新的孔隙。微晶表面C原子的燒失是不均勻的,同炭層平行方向的燒失速率高於垂直方向,微晶邊角和缺陷位置的C原子即活性位更易與活化氣體反應。同時,隨著活化反應的不斷進行,新的活性位暴露於微晶表面,於是這些新的活性點又能同活化氣體進行反應。微晶表面的這種不均勻的燃燒不斷地導
致新孔隙的形成。
幾隨著活化反應的進行,孔隙不斷擴大,相鄰微孔之間的孔壁被完全燒失而形成較大孔隙,。導致中孔和大孔孔容的增加,從而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相連接的孔隙結構,具有發達的比表面積。
氣體活化法的基本原理是採用水蒸氣、煙道氣(主要成分為C02)或其混合氣體等含氧氣體作為活化劑,在高溫下與C接觸發生氧化還原反應進行活化,生成CO, C02, H:和其他碳氫化合物氣體,通過C的氣化反應(燒失)達到在碳粒中造碳的目的。其主要化學反應式如下:
C+2H20一2 H2 + CO2一79. 6kJ
C十H20一H2 +CO一542. lkJ
C+CO2一2CO一712. 7kJ
從上述三個化學反應式可以看出,三個反應均是吸熱反應,即隨著活化反應的進行,活化爐的活化反應區域溫度將逐步下降,如果活化區域的溫度低於800C ,上述活化反應就不能正常進行,所以在活化爐的活化反應區域需要同時通人部分空氣與活化產生的煤氣燃燒補充熱量,或通過補充外加熱源,以保證活化爐活化反應區域的活化溫度。
活化工藝控制的主要操作條件包括活化溫度、活化時間、活化劑的流量及溫度、加料速度、活化爐內的氧含量等。
催化活化法是氣體活化法工藝的一種發展,它是在炭化料生產過程中加人少量的催化劑(一種或幾種),當炭化料進行活化時,催化劑催化炭化料與水蒸氣、二氧化碳(煙道氣)等活化劑的氣化反應,生產出具有特殊孔隙結構或高吸附性能的活性炭產品。
氣體活化法基本適合於所有含碳材料用於製造活性炭的生產過程。目前,國內外氣體活化法生產活性炭最常用的活化氣體(活化劑)是水蒸氣和煙道氣,煙道氣則是水蒸氣活化過程中產生的煤氣經過燃燒而製得,活化過程是水蒸氣和煙道氣的交替活化或兩者的混合氣體活化。
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