有機(jī)廢氣活性炭活化溫度的影響
活化溫度是指活化時(shí)活化料的高溫度,是有機(jī)廢氣活性炭孔性能的重要影響因素之一。Saka 等[33]采用氯化鋅法活化橡子殼制備活性炭發(fā)現(xiàn),在活化溫度分別為300℃、400℃、500℃和600℃時(shí),得到活性炭的比表面積分別為98㎡801m2/g、988m2/g和1289m2/g。Sayg山等[34]采用葡萄工業(yè)加工剩余物為原料,以氯化鋅活化法制備了活性炭,研究表明活化溫度由400℃升到600元比表面積SBET、總孔隙體積Vr、中間層次的孔隙體積Vmes、平均孔徑D,別由819.40m2/g增加至1455m/g,0.556cm3/g增加至2.318cm/g.74.645增加至94.61%,2.71nm增加至6.81nm,但微孔容積Vme由25.36%降低至5.39%。由以上分析可知,氯化鋅法活性炭制備的較佳溫度為600℃,過(guò)高的話化溫度會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)生成的孔塌陷,且氯化鋅的揮發(fā)量也會(huì)增加,不僅造成活就劑的浪費(fèi),生成成本提高,還導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。
活化時(shí)間的影響
活化時(shí)間是指一定的活化溫度下的保溫時(shí)間,是活性炭質(zhì)量的重要影響素之一。Saygh等[35]采用番茄工業(yè)加工剩余物為原料,以氯化鋅活化法制備了活性炭,研究表明活化時(shí)間由0.5h升到1h,SBET、VT、V、D,分融522m2/g增加至1093m2/g,0.662cm/g增加至1.569cm/g.71%增加至92%,5.02nm 增加至5.92nm,但隨著活化時(shí)間的延長(zhǎng),由于已生成孔幕幕
1.有機(jī)廢氣活性炭原料的影響
(1)木屑樹(shù)種的影響 實(shí)驗(yàn)證明,活性炭的吸附性能與木屑樹(shù)種有密切的關(guān)系,多數(shù)情況下,認(rèn)為杉木屑較松木屑好,松木屑較硬雜木屑好,軟雜木屑較硬雜木屑好,材質(zhì)硬的木屑會(huì)影響氯化鋅溶液的滲透速度。但通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)條件,采用混合木屑作原料,也可以克服由原料所引起的不利影響,生產(chǎn)出合格的活性炭。
(2)木屑含水率的影響木屑含水率對(duì)炭活化過(guò)程沒(méi)有直接影響,但會(huì)影響氯化鋅溶液的滲透速度,因而影響氯化鋅溶液浸漬的時(shí)間。對(duì)連續(xù)浸漬或混合過(guò)程尤為重要。含水率高(在纖維飽和點(diǎn)以上)的木屑不僅會(huì)降低氯化鋅溶液的滲透速度,而且要降低氯化鋅溶液濃度,從而影響炭活化效果。因此,當(dāng)木屑含水率超過(guò)30%時(shí),浸漬時(shí)間要求在8h以上,當(dāng)木屑含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí),氯化鋅溶液的滲透速度要快一些。木屑含水率在15%以下時(shí),混合時(shí)間短(15min)。木屑含水率還影響其對(duì)氯化鋅溶液的吸收量。例如,生產(chǎn)顆?;钚蕴浚找欢〝?shù)量的濃度較低的氯化鋅溶液,因此要求木屑含水率不超過(guò) 5%。當(dāng)生產(chǎn)糖用活性炭時(shí),吸收足夠數(shù)量的高濃度的氯化鋅溶液,如果木屑含水率過(guò)高,就會(huì)降低氯化鋅溶液的濃度,從而影響鋅屑比,終影響活性炭的孔徑分布。
間歇法的平板爐和連續(xù)法的回轉(zhuǎn)爐是生產(chǎn)氯化鋅法粉狀活性炭的主體設(shè)備、平板爐法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、上馬快等優(yōu)點(diǎn),是國(guó)內(nèi)早期氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備。但此法存在手工操作多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題,導(dǎo)致了此法目前已被淘汰?;剞D(zhuǎn)爐法具有生產(chǎn)能力大、機(jī)械化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是目前國(guó)內(nèi)外氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備,工藝難點(diǎn)在于尾氣處理和氯化鋅回收方面,國(guó)內(nèi)尚未有成熟的工藝,日本已實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放達(dá)標(biāo)生產(chǎn)。
1.工藝流程
連續(xù)法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程,一般由木屑篩選和干燥、氯化鋅溶液配制、配料(或浸漬)、炭活化、回收、漂洗(包括酸處理和水洗)、脫水、干燥與磨粉等工序組成。另外附設(shè)的廢氣處理系統(tǒng),以回收煙氣中的氯化鋅和鹽酸,減少對(duì)環(huán)境的污染。常用的生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖2-6 和圖2-7.
2工藝操作
(1)木屑的篩選與干燥為了產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝操作穩(wěn)定,并降低超細(xì)顆粒在后續(xù)回收工段過(guò)濾流失導(dǎo)致的活化劑的浪費(fèi),用振動(dòng)篩或滾筒篩對(duì)木屑進(jìn)行初步篩選,選取0.425~3.35mm的木屑顆粒,除去雜物(如板皮、鐵展、泥砂、石塊等),以免造成堵塞,增加回收、漂洗工序中的負(fù)荷、影響產(chǎn)品質(zhì)量。
篩選后的木屑含水率一般在45%~60%,此時(shí)水分過(guò)高會(huì)影響配料工序段化學(xué)活化劑的滲透,因此需要進(jìn)一步干燥控制工藝需要的水分含量。北方由于氣候干燥,雨水少,一些中小工廠常利用自然風(fēng)干方法干燥木屑,木屑進(jìn)行機(jī)械于燥時(shí),一般在氣流式干燥器中或回轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行干燥。
山東臨朐縣海源活性炭廠,位于濰坊市臨朐縣冶源鎮(zhèn)西圈村,建廠多年來(lái),經(jīng)不斷發(fā)展,現(xiàn)已成為一家綜合性濾料廠家,產(chǎn)品有:各種型號(hào)用途活性炭,廣泛應(yīng)用于污水處理、工業(yè)廢氣吸附、飲料水處理、凈水過(guò)濾、電廠水預(yù)處理、廢水回收前處理、生物法污水處理。 臨朐縣海源活性炭廠,是一家從事活性炭生產(chǎn)20年的生產(chǎn)廠家,產(chǎn)品20多個(gè)型號(hào),覆蓋不同領(lǐng)域的活性炭使用環(huán)境,產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)全國(guó),質(zhì)量穩(wěn)定如一,初心不改,一切為環(huán)保事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn),始終將青山綠水作為自己產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
地址:山東臨朐縣冶源鎮(zhèn)西圈村
有機(jī)廢氣活性炭孔隙結(jié)構(gòu): 有機(jī)廢氣活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無(wú)定形碳三部分組成,其中石墨微晶是構(gòu)成活性炭的主體部分?;钚蕴康奈⒕ЫY(jié)構(gòu)不同于石墨的微晶結(jié)構(gòu),其微晶結(jié)構(gòu)的層間距在0.34~0.35nm之間,間隙大。即使溫度高達(dá)2000 ℃以上也難以轉(zhuǎn)化為石墨,這種微晶結(jié)構(gòu)稱(chēng)為非石墨微晶,絕大部分活性炭屬于非石墨結(jié)構(gòu)。石墨型結(jié)構(gòu)的微晶排列較有規(guī)則,可經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為石墨。非石墨狀微晶結(jié)構(gòu)使活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu),其孔隙結(jié)構(gòu)可由孔徑分布表征。活性炭的孔徑分布范圍很寬,從小于1nm到數(shù)千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類(lèi):孔徑小于2nm為微孔,孔徑在2~50nm為中孔,孔徑大于50nm為大孔。
活性炭中的微孔比表面積占活性炭比表面積的95%以上,在很大程度上決定了活性炭的吸附容量。中孔比表面積占活性炭比表面積的5%左右,是不能進(jìn)入微孔的較大分子的吸附位,在較高的相對(duì)壓力下產(chǎn)生毛細(xì)管凝聚。大孔比表面積一般不超過(guò)0.5m2/g,僅僅是吸附質(zhì)分子到達(dá)微孔和中孔的通道,對(duì)吸附過(guò)程影響不大。
有機(jī)廢氣活性炭表面化學(xué)性質(zhì): 環(huán)?;钚蕴?jī)?nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu),活性炭表面也有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)?;钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理(孔隙)結(jié)構(gòu),而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在活性炭制備過(guò)程中,炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對(duì)電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵,能與諸如氧、、氮和等雜環(huán)原子反應(yīng)形成不同的表面基團(tuán),這些表面基團(tuán)的存在毫無(wú)疑問(wèn)地影響到活性炭的吸附性能。X 射線研究表明,這些雜環(huán)原子與碳原子結(jié)合在芳香片的邊緣,產(chǎn)生含氧、含和含氮表面化合物。當(dāng)這些邊緣成為主要的吸附表面時(shí),這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)?;钚蕴勘砻婊鶊F(tuán)分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團(tuán)有羰基、羧基、內(nèi)酯基、羥基、醚、等,可促進(jìn)活性炭對(duì)堿性物質(zhì)的吸附;堿性表面官能團(tuán)主要有吡喃酮(環(huán)酮)及其物,可促進(jìn)活性炭對(duì)酸性物質(zhì)的吸附。
有機(jī)廢氣活性炭中的灰分組成及其含量對(duì)炭的吸附活性有很大影響。灰分主要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等組成,灰分含量與制取活性炭的原料有關(guān),而且,隨炭中揮發(fā)物的去除,炭中的灰分含量增大。
有機(jī)廢氣活性炭過(guò)濾器的工作是通過(guò)炭床來(lái)完成的。組成炭床的活性炭顆粒有非常多的微孔和的比表面積,具有很強(qiáng)的物理吸附能力。水通過(guò)炭床,水中有機(jī)污染物被活性炭有效地吸附。此外活性炭表面非結(jié)晶部分上有一些含氧管能團(tuán),使通過(guò)炭床的水中之有機(jī)污染物被活性炭有效地吸附。活性炭過(guò)濾器是一種較常用的水處理設(shè)備,作為水處理脫鹽系統(tǒng)前處理可有效后級(jí)設(shè)備使用壽命,提高出水水質(zhì),防止污染,特別是防止后級(jí)反滲透膜,離子交換樹(shù)脂等的游離態(tài)余氧中毒污染。
有機(jī)廢氣活性炭過(guò)濾主要用于去除水中有機(jī)物,膠體硅,余氯(Cl2)等,對(duì)臭味,色度,重金屬離子的吸附能力很強(qiáng)。飲料行業(yè)選用凈水炭,可改善產(chǎn)品口感。
活性炭過(guò)濾器主要用于礦泉水,各種純水工藝,游泳池和其它工藝中水質(zhì)凈化作用。具有除臭,除異味,去除水中氯離子等有機(jī)物功能。外殼采用不銹鋼或碳鋼制,填料采用凈水活性炭。
有機(jī)廢氣活性炭過(guò)濾網(wǎng)采用通孔結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩、塑料蜂窩、紙蜂窩為載體。與傳統(tǒng)活性炭過(guò)濾網(wǎng)相比,具有更優(yōu)良的氣體動(dòng)力學(xué)性能,體積密度小,比表面積大、吸附,風(fēng)阻系數(shù)小。蜂窩狀活性炭濾網(wǎng)是在聚氨酯泡棉上載附粉狀活性炭制成,其含碳量在35%-50%左右。具有活性炭的吸附性能,可用于空氣凈化,去除揮發(fā)性有機(jī)化合物、硫化氫、氯苯和空氣中的污染物??諝庾枇π?,能耗低,可在一定風(fēng)量下除臭、除異味,凈化環(huán)境,具有很好的凈化效果。
活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭,將有機(jī)原料(果殼、煤、木材等)在隔絕空氣的條件下加熱,以減少非碳成分(此過(guò)程稱(chēng)為炭化),然后與氣體反應(yīng),表面被侵蝕,產(chǎn)生微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu) (此過(guò)程稱(chēng)為活化)。
有機(jī)廢氣活性炭過(guò)濾吸附原理
根據(jù)吸附過(guò)程中,活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同,可將吸附分為兩大類(lèi);物理吸附和化學(xué)吸附(又稱(chēng)活性吸附)。在吸附過(guò)程中,當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力(或靜電引力)時(shí)稱(chēng)為物理吸附;當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是化學(xué)鍵時(shí)稱(chēng)為化學(xué)吸附。物理吸附的吸附強(qiáng)度主要與活性炭的物理性質(zhì)有關(guān),與活性炭的化學(xué)性質(zhì)基本無(wú)關(guān)。由于范德華力較弱,對(duì)污染物分子的結(jié)構(gòu)影響不大,這種力與分子間內(nèi)聚力一樣,故可把物理吸附類(lèi)比為凝聚現(xiàn)象。物理吸附時(shí)污染物的化學(xué)性質(zhì)仍然保持不變。
由于化學(xué)鍵強(qiáng),對(duì)污染物分子的結(jié)構(gòu)影響較大,故可把化學(xué)吸附看做化學(xué)反應(yīng),是污染物與活性炭間化學(xué)作用的結(jié)果。化學(xué)吸附一般包含電子對(duì)共享或電子轉(zhuǎn)移,而不是簡(jiǎn)單的微擾或弱化作用,是不可逆的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。物理吸附和化學(xué)吸附的根本區(qū)別在于產(chǎn)生吸附鍵的作用力。
吸附過(guò)程是污染物分子被吸附到固體表面的過(guò)程,分子的自由能會(huì)降低,因此,吸附過(guò)程是放熱過(guò)程,所放出的熱稱(chēng)為該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學(xué)吸附的作用力不同,它們?cè)谖綗?、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數(shù)和吸附光譜等方面表現(xiàn)出一定的差異。