探究煤基活性炭生产技术

吴亮亮

国家能源集团新疆能源公司活性炭分公司 新疆乌鲁木齐 830014

活性炭又称为多孔碳。其间隙较大，且是一种人工碳材料堆积而成的。作为碳的一种，活性炭拥有稳定的物理和化学性质，能够承受高温、高压并抗酸碱度。活性炭不会在水、有机溶剂中消解。是一种环保的，经济类的材料。活性炭的制备类材料应用面比较广泛，就原料来说，活性炭的制备原料分类有木制以及煤质类原料。此外，果壳、秸秆以及纸浆等都可以作为木制原料。而无烟煤、沥青等则是煤质类原料的绝佳选择。

1 活性炭技术

1.1 生物活性炭滤池技术

在欧洲使用该技术的代表性水厂有瑞士的林格水厂、法国的卢昂拉夏佩勒水厂和德国的缪尔霍姆水厂等。我国则陆续采用此工艺进行深度处理，均达到深度净化效果。众多应用实例表明，生物活性炭工艺对多种污染物质均有很好的改善效果，包括色度、嗅味物质、铁、锰、有机物和氨氮等。

1.2 溶剂再生法

溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系，通过改变温度、溶剂的pH值等条件，打破吸附平衡，将吸附质从活性炭上脱附下来。溶剂再生法比较适用于那些可逆吸附，如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。

1.3 电化学再生法

电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。该方法将活性炭填充在两个主电极之间，在电解液中，加以直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端成阳极，另一端呈阴极，形成微电解槽，在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解，小部分因电泳力作用发生脱附。该方法操作方便且效能高、能耗低，其处理对象所受局限性较小，若处理工艺完善，可以避免二次污染[1]。

2 煤基活性炭的制备工艺研究过程

2.1 炭化

在煤基类活性炭的制备过程中，只有让煤分子结构中的含氧官能团断裂，同时令自由基芳环进行分解聚合，才能让碳的含量大幅度提升，让煤基活性炭的生产流程能够顺利实施。工艺师需要在活化过程中，仔细研习孔隙碳结构。总的来说，炭化煤基活性炭的工艺，需要坚决杜绝空气的进入，化学品也不能参与其中，氢、氧等大部分的非碳元素需要不断被分解，此后才能顺利进行炭化。在炭化的过程中的第一步骤，就是分解，通过气态的方式；其次是自由的碳元素需要进行结合，进而由无序变为有序；第三，通过无序的碳进行填充，才能形成孔隙发达，具有成熟结构的活性炭。

2.2 活化

活性炭的主要成分是碳，此外还有少量灰分，是一种类石墨螺层型微晶结构。赋予炭颗粒活性，使炭形成多孔的微晶结构，具有发达的表面积的过程称为活化过程。活化过程分为化学活化法以及物理活化法两类。在化学活化法中，要将化学药剂和含碳物质相互结合。此类方法制得的活性炭，次微孔发达，多用于液相吸附。而在物理活化法则是一种气体活化方法，有三个要素需要参与其中，即水蒸气、二氧化碳以及氧气。此类活化法制得的活性炭，微孔发达，对气相物质有很好的吸附力，当然也可通过控制炭的活化程度而用于液相吸附[2]。

3 影响煤基活性炭制备工艺的因素

3.1 原料煤性质

原料煤的性质，在煤基活性炭的生产过程中十分重要，其性质对活性炭的质量影响尤为突出。在不同种类的碳中，氢、氧等含量都不同，此外，煤的化学结构差异也很大，炭化后的半焦特性也不尽相同。

3.2 炭化温度

炭化温度作用明显，尤其对于炭化过程中的半焦性质来说。一旦温度飙升，微孔的容积也会逐渐下调，碳的硬度逐步增加。碳的孔隙结构与性质，是让碳的炭化温度发生变化的关键所在。研究者发现，炭化过程中，600℃是一个理想温度。在炭化过程中，要注意脱氧，让孔隙的碳结构能够发生明显变化。

3.3 活化温度

调查者研究发现，800～900℃是水蒸气活化温度的理想温度，900～950℃则是烟道气活化温度的理想温度。而600℃则是空气的理想活化温度。要想让碳骨架发生反应的最佳温度达标，就需要利用好活化剂与在炭化过程中的最佳手段，及在使用催化剂的过程中，利用最佳分解温度进行拆分。

3.4 活化时间

在煤基活性炭的研发过程中，活化时间的长与短十分关键。活化过程中，活化时间越长，活性炭的碘吸附值会呈现一定的规律，即先是增大，随后变小。在一个小时之内，活化值就会达到最大。然而，活化的时间不能任其随意增长，一旦时间过长，就会让活化剂和孔隙边缘的碳原子出现变化，而石墨微晶的结构和性质也会逐渐发生变化。这就会让活性炭的表面变得千疮百孔，出现腐蚀情况，少之会造成活性炭的吸附能力不强，重则会造成活性炭质量欠佳。

3.5 煤中矿物质

看煤基活性炭是否优质，灰分的容量指标是关键。灰分，顾名思义，就是煤炭中矿物质、有机成分，经过高温加热后，产生的物质成分。研究表明，活性炭的性能不是很稳定，尤其是在灰分起作用后。为此，要尽可能抑制活性炭中灰质的含量，让活性炭的性能效果达到最佳。在煤炭中，无机成分参与其中，让活性炭的着火点、活性炭的灼烧的熔点不再提升，这样灰分以及活性炭就开始互不影响，让活性炭中的灰分含量能够不再提升，这样活性炭的质量就能够大大优化。

4 结语

在制备煤基活性炭的过程中，我们的首要任务就是深入研究深度脱灰技术，尤其是军事、食品等领域，此外，煤基活性炭对无机质的数量与种类有更严格的要求，这些矿物质会造成产品的质量恶化。研究者正在想办法让灰分去除，让木质活性炭能够得到替代，这对煤基活性炭制备工艺的进一步研究具有跨时代的意义。