颗粒活性炭分为定型和不定型颗粒。主要以椰壳、果壳和煤质为原料,经系列生产工艺精加工而成。产品广泛应用于饮用水、工业用水、酿酒、废气处理、脱色、干燥剂、气体净化等领域。颗粒活性炭选用煤为原料,采用工艺精制加工而成,外观呈黑色不定型颗粒;具有发达的孔隙结构,良好的吸附性能,机械强度高,易反复再生,造价低等特点;用于有毒气体的净化,废气处理,工业和生活用水的净化处理,溶剂回收等方面。
分类
颗粒活性炭按生产原料分为椰壳颗粒活性炭、煤质颗粒活性炭、果壳颗粒活性炭等。
椰壳颗粒活性炭
椰壳颗粒活性炭以椰壳为原料,经系列生产工艺精加工而成。外观为黑色,呈颗粒状,具有空隙发达、吸附性能好、强度高、经济等优点。
产品主要用于饮用水、纯净水、自来水、制酒、饮料、工业用水的净化、脱色、脱氯、除臭、干燥剂、催化载体等方面。
果壳颗粒活性炭
果壳颗粒活性炭以桃壳、杏壳等果核壳为原料,经系列生产工艺精加工而成。外观为黑色,呈颗粒状,具有空隙发达、吸附性能好、经济等优点。
产品主要用于电厂锅炉用水,工业用水,生活用水,饮料用水及其他各种工业废水的净化、提纯、脱色等。
煤质颗粒活性炭
煤质颗粒活性炭规格,分为定型和不定型颗粒。不定型颗粒产品主要用于工业用水其他各种工业废水的净化、提纯、脱色等, 能有效净化生活污水、化工污水。定型颗粒产品主要用于气体处理、污水处理、脱硫脱硝、溶剂回收、制氮机/空分设备、喷涂车间等。
制备方法
颗粒状活性炭的制备方法主要分为两大类:1无需添加粘结剂直接进行炭活化;2添加粘结剂使碳质前驱体加工成型,再进行炭活化工序。
无粘结剂法
无需添加粘结剂制备颗粒活性炭可分为两种:一是将一定形状尺寸的天然木质原料直接进行炭活化,得到无定形颗粒状活性炭;二是在无需添加粘结剂的条件下,化学药剂活化法自成型制备颗粒活性炭。
丰富的成型天然木质植物原料,如椰壳、核桃壳、橄榄核等果壳果核类,可直接通过物理或化学活化法制备不定形颗粒活性炭。Poinern等以澳洲坚果壳为原料,行高温炭化,再结合二氧化碳活化法制备颗粒活性炭,并探讨了活化温度对活性炭吸附金的影响。结果表明,高温活化有利于提高颗粒活性炭的吸金容量。贺德留等发明了磷酸法生产木质无定形颗粒活性炭技术,通过对原料主要是果壳、果核的预粉碎、浸泡、浮分及低温下干燥炭化处理,活化后可得具有较高强度和吸附力的产品。结果表明,原料粒度为 20 ~ 40 目有利于活化剂的渗透,相比氯化锌法,提高了无定形炭的强度,且碘值950 mg/g,B 焦糖色,相比物理法其生产成本降低了 40%。
化学活化法自成型制备颗粒活性炭,是在碳质原料中加入一定数量的化学药品,进行充分捏合塑化产生焦油等胶黏和增塑性物质,无需另加粘结剂即可成型,经加热炭活化一步完成的制备方法 。制备颗粒活性炭使用的化学药剂主要有 ZnCl2、H3PO4 、KOH、NaOH、H2SO4、CaCl2、K2CO3等。不同的化学活化剂,对原料的活化机理各不相同。
粘结剂法
添加粘结剂主要是为了解决原料自身无粘结性,成型困难,产品强度、表面光滑度不理想等问题的成型活性炭的制备。粘结剂的种类和用量,很大程度上影响着活性炭的强度和吸附性能。加入粘结剂,往往使颗粒活性炭的部分孔隙堵塞,造成机械强度提高的同时其吸附性能降低。常用粘结剂有煤焦油、淀粉、木焦油、亚硫酸纸浆废液、粘土、废糖蜜、羧甲基纤维素、树脂类等。
煤具有含碳量高、资源丰富、价格低廉等优点,广泛用于颗粒活性炭的制备原料。当前,制造煤质颗粒活性炭所用的原料煤都是无粘结性和弱粘结性的煤,如煤、弱粘煤、褐煤等,因此均需要在原料煤中添加一定数量的粘合剂,使之压制成型。由于煤焦油的沥青含量高,对煤粉的粘结能力强,因此,我国煤质活性炭工厂大多数采用煤焦油作为粘结剂。杜亚平等采用煤焦油作为石油基颗粒活性炭的粘结剂,与煤混捏,经挤压成型,活化制得机械强度较高、微孔发达的颗粒活性炭,可作为净化空气或水用吸附剂。
除了煤质原料,研究者对木质原料及其他原料制备颗粒活性炭也进行了大量研究。夏洪应等以烟杆废弃物为原料,木焦油为复合粘合剂,分别采用水蒸气和二氧化碳活化法制备颗粒活性炭。结果表明,900 ℃活化时,水蒸气法颗粒活性炭呈微孔型,BET 比表面积为 1037 m2/g,总孔容积为0.8152 mL/g;二氧化碳法活性炭炭也呈微孔型,比表面积为 947.81 m2/g,总孔容为 0.48 mL/g,但得率高于水蒸气法。