提高煤基活性炭质量的途径分析与研究

焦晓萍

摘 要：煤基活性炭表面积较大、空隙结构较为丰富，具有稳定的物理吸附性以及化学催化性能，被广泛应用于工业生产以及生活中。但是，在煤基活性炭生产过程中，会受到多种因素影响，导致其质量降低。基于此，本文结合煤基活性炭质量的影响因素，对提高煤基活性炭质量的途径进行简要分析与研究。

关键词：煤基活性炭;质量;提高途径

煤基活性炭具有较好的吸附能力以及催化性能和稳定性，耐高温抗酸碱，因此被广泛应用于工业、农业、军事防护以及人们的日常生活中。为了确保其质量以及整体性能，需要对煤基活性炭生产过程中的质量影响因素进行全面分析，制定出相应的质量提高策略，从而推动相关产业的发展。

1 煤基活性炭的炭化影响因素及提高途径

煤基活性炭的炭化反应主要是指煤基活性炭在低温环境下的热分解、固化以及煤焦油中低分子物质的挥发过程。另外，炭化反应也是煤基活性炭生产过程中的关键工序之一，炭化反应的过程中，煤基活性炭受到高温会分解，大量非碳元素H和O以气体形式脱除，获释的碳原子重新组合形成基本石墨微晶的有序结晶生成物。因此，在对煤基活性炭进行炭化反应的过程中，需要确保其处于隔绝空气状态。炭化的目的，主要有以下三点：其一，将成品中的挥发分以及水分排除干净;其二，提高煤基活性炭的强度;其三，促使煤基活性炭形成初步空隙，提高吸附能力。

煤基活性炭的炭化与其温度有很大关系，温度过低或者温度过高都可能影响到煤基活性炭的质量。如表1所示为炭化温度对半焦性质的影响。

通过相关实验对比发现：煤基活性炭的炭化温度与其质量具有直接关系，当炭化温度过高时，煤基活性炭的微孔容积会呈下降趋势，不过其耐磨强度会逐渐提升[1]。因此，想要提高煤基活性炭的质量以及最终产品质量，可在对煤基活性炭进行炭化的过程中，将其炭化温度控制在600℃。

2 煤基活性炭的活化影响因素及提高途径

2.1 活化剂种类对活化过程的影响及提高途径

活化主要是指提升煤基活性炭颗粒活性，使炭化料形成发达孔隙结构和具有巨大比表面积的过程。对煤基活性炭进行活化反应的方式主要有三种，即化学药品活化法、物理活化法以及物理化学联合活化法。本文着重研究物理活化法中气体活化剂对活化的影响因素。

物理活化法，主要是指在对煤基活性炭进行活化的过程中，加入气体活化剂，比如水蒸气、CO2、氧气、氮气等;其活化过程需要经历三个阶段，即开放原来的闭塞孔、扩大原有孔隙，以及形成新的孔隙，这样才能够得到最终产品。

如表2和表3所示，分别为炭气化燃烧反应的相对速度，以及不同活化剂对煤基活性炭产品性质的影响。

为找到最佳活化剂，相关人员通过对活化温度进行控制，改变活化剂种类的方式进行实验[3]。通过实验分析如表2和表3所示：用O2 、CO2和水蒸气作为活化剂得到的活性炭吸附能力差异巨大。

炭和O2 的活化速度快，缺点是释放了大量热致操作困难，另外氧容易使炭表面氧化致吸附性能和活化效果差，而用水蒸氣和CO2可避免以上缺点达到活化效果最佳，水蒸气和CO2能够在煤基活性炭的微孔内进行充分扩散，促使炭颗粒能均匀进行活化反应，最终得到孔隙分布均匀且吸附性能极佳的煤基活性炭。基于此，想要提高煤基活性炭的质量，在对其进行活化的过程中，应该选择CO2和水蒸气作活化剂。

2.2 活化温度对活化过程的影响及提高途径

以水蒸气作为活化剂，通过改变活化温度，不改变其他因素进行相关实验发现，活化温度与煤基活性炭的质量具有一定关联[4]。

如表4所示，为不同的活化温度下水蒸气用量及活化时间关系。可分为两种情况：

①当活化温度相同时，活化剂的流速大，其与煤基活性炭的反应速率也将变快，活化时间会缩短;②当活化温度不同时，水蒸气的使用量，以及活化时间的缩短效果存在一定差异，温度越高，活化剂的用量越小，活化速率也越快。经对比可得到：要想提高煤基活性炭的质量，则需活化将温度控制在900℃左右。

3 煤基活性炭粒径与碘值、活化均匀度之间的关系

活化反应即活化剂在炭颗粒内部的扩散过程。当煤基活性炭颗粒小时，活化速率快：相反当炭颗粒过大，活化速度相应也会变慢。

在活性炭行业中通常用碘吸附值来标定活性炭的吸附值，吸附值越高，活性炭的吸附能力就越强。影响活性炭吸附能力的主要因素取决于内部孔隙结构的发达程度：活性炭颗粒活化越均匀，孔隙结构越发达。

炭颗粒的活化过程是由外至内逐步扩散的，通过对碘值与炭粒径、活化均匀度之间的关系分析可见：在过大炭颗粒（即2.36mm到6.00mm之间的颗粒）进行活化反应的过程中，受活化剂在活性炭颗粒内扩散速度的影响，炭颗粒与活化剂的接触面积变小，出现表面烧失但颗粒内部却并未完全活化的问题;如果煤基活性炭颗粒过小，炭层阻力增大，活化气流在通过过程中会受到较大阻碍，在活化反应的过程中活化剂不能均匀扩散，导致煤基活性炭颗粒无法实现均匀活化目的。想要提高煤基活性炭的碘值与质量，应该将物料粒度控制在0.85mm到3.35mm之间[5]。

因此，经过实验得出，煤基活性炭颗粒大小与活化速度以及活化均匀程度有直接关系，想要提高煤基活性炭的质量，就需要确保其粒度均匀。

4 结束语

通过上述分析与研究可以得到以下几点结论：其一，炭化温度对煤基活性炭的性质具有重要影响，最佳炭化温度应控制在600℃左右;其二，活化剂对煤基活性炭的性质具有重要影响，最佳生产活化剂为CO2和水蒸气;其三，活化温度对基活性炭的性质具有重要影响，最佳活化温度应控制在900℃左右;其四，煤基活性炭的颗粒粒度会对活化速度以及均匀程度造成一定影响，最佳物料粒度应控制在0.85mm到3.35mm之间。

参考文献：

[1]李宏远.煤基活性炭炭化过程中影响产品质量的因素[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（15）：21-22.

[2]许立军，樊丽华，侯彩霞，梁英华，刘俊科.微波法无灰煤基活性炭制备及其电化学性能研究[J].煤炭科学技术，2018，46（11）：214-220.

[3]罗富，陆晓东，赵荣善，王赵阳，闫志富，赵振疆，赵晔，舒晓亮.多段炉设备规模化生产煤基活性炭的可行性[J].洁净煤技术，2018，24（S1）：66-70.

[4]李晋，陆晓东，张辉.煤基活性炭产品质量的影响因素[J].洁净煤技术，2018，24（S1）：84-87.

[5]蒋煜，刘德钱，解强.我国煤基活性炭生产技术现状及发展趋势[J].洁净煤技术，2018，24（01）：26-32.