利用微波制作活性炭過程

發(fā)布時間：2010/8/25 12:53:47 瀏覽次數(shù)：2045

文章來源：嵩山科技網(wǎng)絡(luò)部作者：嵩山科技小編

活性炭主要用于除去水中的污染物、脫色、過濾凈化液體、氣體,還用于對空氣的凈化處理、廢氣回收、貴重金屬的回收及提煉。隨著科學(xué)的發(fā)展,活性炭的用途與作用也越來越廣泛。因此利用不同的工藝與資源制備活性炭已成為當(dāng)今世界各國十分關(guān)注的研究課題,近年來微波制備活性炭成為各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。
1活性炭的性質(zhì)與應(yīng)用
1.1活性炭的特性
活性炭屬不定型物質(zhì),是疏水性非很性吸附劑,能選擇性地吸附非很性物質(zhì),吸附力大?？讖酱笮〔煌目紫?能吸附分子大小不同的物質(zhì)。此外,由于其表面和表面化合物以及灰分等的作用,活性炭具有良好的催化活性。活性炭之所以能得以廣泛使用也歸功于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。它能耐酸、耐堿、耐高溫,不溶于水和其它溶劑,能在水溶液和許多溶劑中使用。活性炭的另一特性是它經(jīng)使用失效后,可用各種方法再生,可多次利用。
1.2活性炭的質(zhì)量指標(biāo)與應(yīng)用
活性炭的質(zhì)量有多項(xiàng)物理與化學(xué)指標(biāo),主要的如:水分、灰分、酸溶物、各種金屬和酸根的含量,以及它的吸附性能等。對于不同用途的活性炭,時常用不同的物質(zhì)和方法來檢驗(yàn)它的吸附性能,通常有亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值、苯酚值等[1]。其中亞甲基藍(lán)吸附值是*常用的,對它的吸附量反映了活性炭吸附小分子物質(zhì)的能力,具有大量微孔的活性炭,此值較高。根據(jù)活性炭的吸附特點(diǎn),活性炭主要用于除去水中的污染物、脫色、過濾凈化液體、氣體,還用于對空氣的凈化處理、廢氣回收(如在化工行業(yè)里對氣體苯的回收)、貴重金屬的回收及提煉(比如對黃金的吸收)。近年來,在醫(yī)藥行業(yè)中也有所利用,隨著科學(xué)的發(fā)展,隨著國家對生態(tài)環(huán)境的重視,活性炭的用途也越來越廣泛。
2活性炭的國內(nèi)外需求現(xiàn)狀
國內(nèi)外活性炭的生產(chǎn)與應(yīng)用都比較晚。歐美在20世紀(jì)初開始發(fā)展活性炭的生產(chǎn)[2]。我國的活性炭工業(yè)在20世紀(jì)50年代才真切建立起來,在70年代有較大的發(fā)展。目前,世界活性炭的年產(chǎn)量約6.5×105t左右。1997年美洲(巴西、墨西哥、美國)為2.359×105t,歐洲(比利時、法國、英國、荷蘭)達(dá)1.124×l05t,亞洲[中國(包括臺灣)、印度、印尼、日本、南朝鮮、馬來西亞、菲律賓、斯里蘭卡、泰國]計(jì)3.01×105t。1997年中國活性炭生產(chǎn)總量達(dá)1.2×105t以上,占世界年產(chǎn)量的l5%。據(jù)有關(guān)信息資料報(bào)道,1998年中國出口量為1.004×105t,出口額達(dá)6.04億美元;2000年中國活性炭出口量高達(dá)1.192×105t,出口額高達(dá)6.85億美元。在進(jìn)口數(shù)量上,1999年活性炭進(jìn)口量為1904.5萬t,進(jìn)口額達(dá)558.2萬美元;2001年活性炭進(jìn)口量增加為2567.3萬t。進(jìn)口額為727.1萬美元。從這些數(shù)據(jù)可以看出,2l世紀(jì)中國的活性炭行業(yè)仍然具有廣闊的發(fā)展前景。但是,國內(nèi)的活性炭工業(yè)需注重研究活性炭的應(yīng)用發(fā)展趨勢,加強(qiáng)新技術(shù)開發(fā),促進(jìn)整個活性炭行業(yè)的良好發(fā)展。
3活性炭制備原料與傳統(tǒng)制備方法
3.1活性炭的制備原料
用于活性炭生產(chǎn)的主要原材料可分為以下5大類:a、植物性原料,如木材、鋸末、果核、果殼、棉花秸、糠醛渣、蔗糖渣等;b、礦物原料,如各種煤和石油殘?jiān)?c、各種廢棄物,如動物的骨頭和血,工業(yè)上廢舊塑料、各種橡膠廢品等;d、合成纖維材料,如聚丙烯等;e、有機(jī)纖維材料,如聚丙烯腈纖維、粘膠絲、瀝青纖維等。根據(jù)生產(chǎn)所用的材質(zhì),目前國內(nèi)主要的活性炭品種有木質(zhì)活性炭、煤質(zhì)活性炭、果殼活性炭和活性炭纖維等。
3.2活性炭的傳統(tǒng)制備方法
國內(nèi)外傳統(tǒng)的活性炭制備方法有氣體活化法,化學(xué)活化法,化學(xué)物理法:氣體活化法是把原料炭化后,用水蒸氣、二氧化碳、空氣、煙道氣等,在800～900℃下進(jìn)行活化的方法[4]。活性炭得率較低,質(zhì)量不穩(wěn)定,比表面積較低,活化溫度高,設(shè)備投資大,但對環(huán)境;化學(xué)活化法是把化學(xué)藥品加入原料中,然后在惰性氣體中加熱,同時進(jìn)行炭化和活化的一種方法[4]。這種方法對設(shè)備腐蝕性較大,污染環(huán)境,殘留物較多;化學(xué)物理法在活性炭原料中加入一定量的化學(xué)藥品(即添加劑)進(jìn)行化學(xué)活化浸漬處理,在碳材料內(nèi)部形成傳輸?shù)?有利于氣體活化劑進(jìn)入孔隙內(nèi)進(jìn)行刻蝕。這種方法優(yōu)點(diǎn)是:可通過控制浸漬比和浸漬時間來制得孔徑分布合理的活性炭,比表面積大,且得率高。
4微波法制備活性炭
微波具有快速、*、資源回收利用率高、不會造成二次污染、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此微波法制備活性炭成為近年來國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。國內(nèi)外許多研究者嘗試用微波制備活性炭并取得了可喜成績,如Kasai、Takakazu[5]等將有機(jī)成型廢料用微波加熱,炭化,活化制得優(yōu)良活性炭。彭金輝等用蠶豆稈,稻稈,黑型樹皮拷膠廢料,瓜子殼,麥秸,玉米芯,蠶豆殼,甘蔗渣,楊梅樹皮廢料,煙稈,松木屑,椰殼為原料,微波制備活性炭。樊希安等采用微波輻射竹節(jié)、椰殼、棉稈,利用磷酸、水蒸氣、氯化鋅為活化劑制得優(yōu)良活性炭。張利波等采用微波輻射煙稈法制得了性能各異的活性炭。
4.1微波加熱的原理
微波頻率大約在300MHZ～300GHZ,即波長100cm至1mm范圍內(nèi)的電磁波。微波加熱的原理基于當(dāng)微波遇到不同材料時,依材料的性質(zhì)不同會發(fā)生反射、吸收、穿透現(xiàn)象,這取決于材料的介電常數(shù)、介電損耗系數(shù)、比熱、形狀和含水量等。一般來說介質(zhì)在微波場中加熱有兩種機(jī)理,即離子傳導(dǎo)機(jī)理[6]和偶很子轉(zhuǎn)動機(jī)理[7],在實(shí)際加熱中,兩種機(jī)理的微波能耗散同時存在。傳統(tǒng)加熱是由外部熱源通過熱輻射由表及里的傳導(dǎo)加熱,與之相比,微波加熱具有如下特點(diǎn):選擇性加熱,加熱速度快,熱效率高,便于控制,易于自動化控制。
4.2微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用
微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的幾種應(yīng)用:含油污泥微波脫油技術(shù);原油淤泥微波脫油技術(shù);微波碳還原-煙氣脫硫脫硝技術(shù);微波焚燒法處理廢電路板回收貴金屬技術(shù);微波-氯化鋅法制取鋸末活性炭處理含鉻廢水;微波法制取原油泄露處理用高吸油性復(fù)合體技術(shù);防電磁波輻射污染用微波吸收劑的制取技術(shù)。
4.3微波法制備活性炭的影響因素
在活性炭的制備中,原料不同,成品功效也不同。其中椰殼活性炭是活性炭行業(yè)公認(rèn)的*的一種活性炭,不論是吸附速度、吸附能力、強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)以及按照水處理工藝不同可選擇不同材質(zhì)的活性炭產(chǎn)品。微波法制備活性炭的影響因素有:微波功率、輻照時間、活化劑濃度、浸漬比、pH值等。
4.3.1微波功率的影響
取充分浸漬濾干后污泥原料于石英管中,固定微波輻照時間4min,氯化鋅濃度35%,干污泥與氯化鋅比重1:3.0,改變微波功率,。當(dāng)功率較低時,加熱溫度沒有達(dá)到炭化活化的溫度,所以此時吸附性能較差;當(dāng)功率持續(xù)增大,溫度過高時,由于氯化鋅的蒸氣壓高,藥劑損失嚴(yán)重,從而實(shí)際發(fā)揮作用的氯化鋅減少反而導(dǎo)致吸附劑性能下降。
4.3.2輻照時間的影響
取充分浸漬濾干后的污泥原料置于石英剝離管中,固定在微波爐腔體中,在微波功率為595W,活化劑氯化鋅的濃度為35%,干污泥與氯化鋅溶液的重量比為1:3.0的條件下,改變輻射時間實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,吸附劑的碘值與亞甲基藍(lán)吸附值隨微波時間的變化表現(xiàn)了相似的變化規(guī)律,分析其原因,主要是因?yàn)榛罨瘯r間長短與微波活化速率快的影響,輻射時間太短炭化不充分,輻射時間過長會導(dǎo)致部分孔徑燒結(jié)。
4.3.3活化劑濃度的影響
經(jīng)不同濃度氯化鋅溶液充分浸漬濾干后的污泥原料,放入石英管中,固定在微波腔體中,在微波功率595W,輻照時間4min,干污泥與氯化鋅的中重量比為1:3.0的條件下實(shí)驗(yàn),研究不同濃度活化劑濃度對所制備含炭吸附劑的吸附性能的影響,結(jié)果如圖3所示。一般來講,活化劑濃度越高,脫水縮合作用就越大,*終*的吸附劑多孔結(jié)構(gòu)也越發(fā)達(dá),吸附性能就越好。另一方面,氯化鋅是強(qiáng)吸附物質(zhì),若濃度太高,則加強(qiáng)了物料的吸附能力,從而使活化溫度升高,使碳成分含量下降,灰分含量增加,此外氯化鋅晶體將堵塞部分大孔,在洗滌過程中得不到充分去除,從而使吸附劑的比表面積和吸附能力下降。
4.3.4浸漬比的影響
將不同重量的40%的氯化鋅溶液充分浸漬濾干后的污泥原料放入石英管中,固定在微波腔體中,在595W微波功率下輻照4min,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4。干污泥與氯化鋅溶液的重量比越大,活化劑溶液可使顆粒污泥*充分的浸潤,氯化鋅在熱解過程中的作用*充分發(fā)揮,所*的吸附劑性能越好。但過多的氯化鋅溶液浸漬會使熱解原料中水分的含量過高,需較長升溫時間以及造成氯化鋅的浪費(fèi)。
4.3.5其他影響因素
在微波制備活性炭的實(shí)驗(yàn)中影響因素還有浸泡時間,一般來說浸泡時間越久,其浸漬的程度就越充分,但時間超過一定程度,吸附效果反而下降。這是因?yàn)榻n時間和氯化鋅濃度直接影響氯化鋅在污泥上的吸著量,從而影響了產(chǎn)品的性能和得率的高低。開始用氯化鋅溶液浸漬時,原料含水率很低,使得氯化鋅溶液得以迅速把原料潤脹,并在開始的一段時間里,隨著浸漬時間的延長,原料中氯化鋅吸著量迅速增加,但當(dāng)吸著量達(dá)到一定程度后,隨著浸漬時間的延長,原料吸附氯化鋅的速度變慢。在干污泥制備活性炭中此因素影響不大,但在植物性原料制備活性炭中浸漬時間的影響效果就比較顯著[9]。此外活化劑不同,其功效也相應(yīng)不同,張利波[10-14]等采用微波輻射煙稈制得了性能各異的活性炭,所用活化劑有水蒸汽、磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀、硫酸等。
5小結(jié)
微波法制備活性炭為活性炭的制備開辟了一條新的途徑,微波法具有加熱快、熱效率高、便于控制、設(shè)備體積小、污染小等優(yōu)點(diǎn),此外制備出來的活性炭吸附性能優(yōu)良。但也有不足之處,微波泄露會對人體和周圍環(huán)境造成危害,應(yīng)合理設(shè)計(jì)微波反應(yīng)腔并考慮適當(dāng)使用微波吸收材料。微波相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究還相對缺乏,如微波對化學(xué)反應(yīng)的影響機(jī)理、物質(zhì)在微波場中的升溫特性、微波場中的溫度分布等,只有解決了這些問題,微波技術(shù)才可能*大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用

字體大小[ 大中小 ]

亚洲精品1234区在线看,国产三级无一区二区三区,久久综合色一免费看,亚洲黄色影院在线观看,成人免费在线视频网站,91国语对白在线视频,久久66这里只有精品,熟女人妻三区中文字幕,女同性女同一区二区下载h

利用微波制作活性炭過程