颗粒活性炭制备方法及应用范围的立项申请

第一节  颗粒活性炭的简介

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。颗粒活性炭选用优质无烟煤为原料，采用先进工艺精制加工而成，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。（立项申请）

第二节 颗粒活性炭的制备方法

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，先进行高温炭化，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>100%，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 。目前，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，如无烟煤、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，与无烟煤混捏，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。

第三节  颗粒活性炭行业的应用范围

颗粒活性炭因其巨大的比表面积和发达的孔结构，以及机械强度高、耐酸耐碱、性质稳定等优势特征，而广泛用于化工、食品、医疗、国防等领域，特别是在环保问题上，活性炭作为气、液相吸附剂治理空气污染和水污染具有重要的研究意义。颗粒活性炭吸附剂是利用活性炭的物理吸附、化学吸附及氧化催化等性能去除水中和大气中的污染物。

颗粒活性炭作为清洁能源的高效吸附剂，已经为天然气、氢气等洁净能源的储存运输提供较大的经济效益。同时，颗粒活性炭还广泛用于气体精制：公共或居住场所难闻的异味，如餐厅食物的气味、图书馆和办公室的纸味及汗臭味等都是令人不愉快的，可用颗粒活性炭净化室内空气；工业厂房，如食品加工、制造药品或精密仪器室等空气中含有烟雾、灰尘和刺激物成分，将影响工作人员健康或造成精密仪器氧化腐蚀，可采用颗粒活性炭进行净化脱除杂质；煤酸厂、化工厂以及汽车尾气排出的气体中，含有各种各样有机溶剂、无机及有机硫化物、烃类、有机汞化合物及其它有害成分，直接排放将严重污染大气并影响人类身体健康，可用颗粒活性炭进行高效吸附回收再排放；在冷藏室和水果仓库采用活性炭净化空气，实现循环通风减少乙烯浓度，以延长水果的贮藏期；核电站排出氪、氙等放射性气体，可致人体致癌和植物枯死等危害，必须用活性炭将它们吸附干净再行排放；另外，颗粒活性炭在军事上制作防毒面具和工业用呼吸器广泛使用。

在液相吸附应用上，颗粒活性炭广泛使用于饮用水净化、工业废水处理、酿酒、脱色、脱味、除臭、干燥剂、溶剂回收等领域。对于日益严重的水污染，不仅破坏水中生态系统，而且对于人类健康和社会经济具有重大威胁。颗粒活性炭具有较强吸附性能、容易再生和反复利用等优势，能去除水中产生臭味的物质和有机物，如苯、酚、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等。此外，对银、镉、铜、汞、锑、砷、铋、锡、铅、铬酸根等重金属离子也可有效的去除。

颗粒活性炭还可作为催化剂及其载体，在催化方面和电化学方面得到广泛应用，如颗粒活性炭催化降解臭氧、作贵金属催化剂的载体以及制作超级电容器等。

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