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石墨型結構的微晶排列較有規則,可經處理后轉化為石墨。非石墨狀微晶結構使活性炭具有發達的孔隙結構,其孔隙結構可由孔徑分布表征?;钚蕴康目讖椒植挤秶軐?,從小于1nm到數千nm。有學者提出將活性炭的孔徑分為三類:孔徑小于2nm為微孔,孔徑在2~50nm為中孔,孔徑大于50nm為大孔。由于活化反應是吸熱反應,使爐溫不斷下降?;罨幕旌蠚怏w轉入右半爐,在爐子的不同位置上通入二次空氣,使可燃氣體,產生的熱量使爐溫上升,混合氣體使右半爐的木炭活化。逸出的高溫煙道氣進入右蓄熱室,使其中的格子磚加熱升溫后煙囪。每隔30分鐘將煙道、空氣和水蒸氣的閘閥切換一次,這時水蒸氣送入右蓄熱室按完全相反的方向流動,這樣,可以使左右兩半爐交替升溫和降溫,經常保持在活化需要的溫度范圍內。正常的活化溫度為850~950℃。必須注意保持活化爐的正壓操作?;罨癄t卸出的活化料經除砂、破碎、篩選、酸洗、水洗、脫水、干燥等后處理工序即可得活性炭成品。
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活性炭制備技術:
化學活化法:
化學活化法就是通過將各種含碳原料與化學均勻地混合后,一定溫度下,經歷炭化、活化、回收化學、漂洗、烘干等制備活性炭。、 、、、硫酸、碳酸鉀、多等都可作為活化試劑,盡管發生的化學反應不同,有些對原料有侵蝕、水解或脫水作用,有些起氧化作用,但這些化學都可對原料的活化有一定的促進作用,其中常用的活化劑為、 和?;瘜W活化法的活化原理還不十分清楚,一般認為化學活化劑具有侵蝕溶解纖維素的作用,并且能夠使原料中的碳氫化合物所含有的氫和氧分解脫離,以 H2O、CH4等小分子形式逸出,從而產生大量孔隙。此外,化學活化劑能夠焦油副產物的形成,避免焦油堵塞熱解中生成的細孔,從而可以活性炭的收率。
我國木質法粉狀活性炭已經實現了規?;?、自動化和清潔化生產,整體技術達到水平。
(1)活化法
法制備活性炭的中,與木質纖維原料的作用機理可分為以下幾個方面:潤脹作用、加速活化作用、脫水作用、氧化作用和縮合作用。
活化法的基本工藝包括木屑篩選、干燥、溶液配制、混合(或浸漬) 、炭化、活化、回收、漂洗(包括酸處理和水洗)、離心脫水、干燥與磨粉等工序,如生產顆?;钚蕴窟€需捏合工藝。另外,附設專門的廢氣凈化,回收煙氣中的和炭粉,對的污染?;罨ǖ纳a工藝中,要注意在炭化段控制度,讓充分滲透入木屑,再與活化段協同控制,可以明顯活性炭吸附能力,產品,同時適當活化溫度對產品灰分有利。炭活化尾氣采用多段液相回收可以和細炭粉的回收,采用高壓靜電也有利于尾氣中焦油的去除。
(2) 活化法
ZnCl2在活化中使木質纖維原料發生脫氫反應并進一步芳構化,從而形成初步孔結構,水洗脫除 后即形成孔隙結構。此外還有學者認為 在炭化時形成新生炭沉積的骨架,當其被洗去之后,炭的表面來,構成了具有吸附力的活性炭內表面。
活化工藝流程與活化法工藝基本相似。 法活性炭由于其孔徑分布相對集中、吸附力強等特點,一直受到國內外市場的青睞,需求量逐年。
(3)活化法
KOH活化法是20世紀70年代興起的一種制備高比表面積活性炭的活化工藝,其活化是將原料炭與數倍炭的KOH或NaOH混合,在不超過500℃下脫水后于800 ℃左右煅燒若干時間,冷卻后將產品洗滌至中性即可活性炭。反應機理是活化中被消耗的炭主要生成了碳酸鉀,同時在800℃左右,被炭還原的(沸點762℃)析出,的蒸氣不斷進入碳原子所構成的層與層之間進行活化,這兩個反應使產物具有很大的比表面積。
KOH法活性炭主要應用在超級電容器領域。以椰殼為主要原料所制得的活性炭比表面積可接近3000m2/g,比電容可超過200F/g,同時還可出非常優良的儲氫和儲能力,在77K 和100kPa的情況下,儲氫量可達到2.94%,壓力至1MPa,儲氫量可達4.82%。
活性炭發生的主要是物理吸附,大多數是單層分子吸附,其吸附量與被吸附物的濃度服從朗格繆爾單分子層吸附等溫方程 :式中:(覆蓋度)—— 一定溫度下,吸附分子在固體表面上所占面積占表面總面積的分數; ——吸附質在氣相的分壓; ——吸附與脫附的速度之比; ——氣體在固體表面上的吸附量?! ⊥ㄟ^測定紫外線/活性炭和模擬太陽光/活性炭體系中******基和超氧陰離子基表明,由活性炭充當光催化劑和光誘導反應物可以有效雜質對反應的影響,體系中******基和超氧陰離子基的遠高于單純采用光輻射。
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