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活性炭的六大活化机理

作者:巩义市盛世净水材料有限公司时间:2019-03-28 10:53:53

关于化学药品对木屑的炭活化机理目前还不十分清楚,只能根据现象和推论加以流明・下面以氯化锌的活化作用为例,将前人的一些见解,推论概述如下。
1.氯化锌的润胀作用
木層等生物质原料中总纤维素含量可达60%~70%。在低于200℃的温度下,氯化锌的电离作用能使木屑等植物原料中的纤维素发生润胀,并将持续到
纤维素分散成胶体状态为止。与此同时还会发生一些低分子化水解反应和氧化反应,使高分子化合物逐渐解聚,形成一部分解聚化合物与氯化锌组成的均匀塑性物料。当用氯化锌和木屑生产颗粒活性炭时,锌屑料在150~2000下进行预处理,就能得到塑性物料。如果锌屑比较高,物料在100℃以下就能塑化。
2.氯化锌的脱水作用
通过 TGDTG(热重分析微商热重分析)研究可以发现,氯化锌的添加改变了生物质原料在炭活化过程中的反应历程,炭中的氢和氧以水的形式脱除而不是按通常的热解反应形成各种酸类、醇类、酚类等含碳有机挥发物。同还能抑制焦油的产生,更多地保留了原料中的碳素,这可以从氯化锌法制活炭的得率加以证实。炭活化需要在一定温度下进行,原料炭化和气体活化即使直接加热也是通过烟道气、空气成水蒸气作为热载体的,这些气体的热导率很低,比液态氯化锌的热导率要低十几倍,比固体氯化锌低得更多。此外,由于氯化锌对木屑的润胀作用,它能渗透到原料颗粒内部,使原料受热均匀。因此,浸渍过氯化锌的木層升温快而且均匀,不发生局部过热,一般氯化锌炭活化时间为1~3h木质原料炭化时,除了产生低分子化合物,如乙酸、甲醇及其他酮、醛酯外,还产生大约占原料10%~15%的木焦油,炭化产生的气体呈赤橙色,冷凝后得到黑褐色黏稠液体,其元素组成见表2-5。

由表2-5可知,木质原料在炭化时生成大量的焦油而降低碳的得率。浸渍过氯化锌的木屑料炭化时,产生少量的焦油。有人曾把添加或不添加化学药品
从表2-6可以看出,木層浸渍ZnCl2和P2Os(H3PO4)后,炭化温度大大降低,焦油颜色明显变浅,说明氯化锌改变了木屑的炭化反应历程。它使木屑加热分解主要不是生成碳氢化合物和含氧的有机化合物,或者说把产生的焦油等含氧有机化合物已经很好地分解了
5.氯化锌的芳香缩合作用
对氯化锌活化法初期所生成的产物进行分析测定,结果认为一部分原料是在液相炭化而形成了炭的结构,称这种作用为芳香缩合。用木屑或纤维素作原料,以15%~65%的氯化锌水溶液在140℃温度下浸渍,然后将溶剂抽出物用紫外吸收光谱法进行分析测定,结果发现有葡萄糖、戊醛糖、糖醛酸和糖酸等一些分子量约为160~240的物质。这些物质在更高的温度下(300℃以上)炭化成炭的组成部分。由此推测,木層原料初被ZnCl2溶液水解并低分子化。接着催化脱水,并促进中间产物糖醛酸和醛糖缩合成缩醛,受热后进一步芳香环化,这种凝缩类炭在氯化锌溶液中不溶解,而在活化过程中形成炭的乱层微晶结构。还要指出的是,在这期间,氯化锌呈液体状态,具有流动性,当碳分子重排时,不起阻碍作用,并还有利于炭的孔隙结构的形成。
6.氯化锌的骨架作用
研究者们认为氯化锌在炭化时形成骨架,给新生碳提供沉积的骨架。新生碳具有初生的键,对无机元素有吸引力,能使碳与无机元素牢固地结合在起,就像用含碳物质烧锅炉一样,吸附在锅炉壁上的炭很难用机械方法除去。当用酸和水把无机成分溶解洗净之后,碳的表面便暴露出来,成为具有吸附力
的活性炭内表面积。

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