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在制备过程中,具有氧化性的高温活化气体无序碳原子及杂原子首先发生反应,使原来封闭的孔打开,进而基本微晶表面暴露,然后活化气体与基本微晶表面上的碳原子继续发生氧化反应,使孔隙不断扩大。一些不稳定的炭因气化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物气体,从而产生新的孔隙,同时焦油和未炭化物等也被除去,终得到活性炭产品。活性炭发达的比表面积则源自中孔、大孔孔容的增加,形成的大孔、中孔和微孔的相互连接贯通。由于物理法工艺流程相对简单,产生的废气以CO2和水蒸气为主,对环境污染较小,而且终得到的活性炭产品比表面积高、孔隙结构发达、应用范围广,因此世界范围内的活性炭生产厂家中70%以上都采用物理法生产活性炭。炭活化过程中产生大量的余热,可满足原料烘干、余热锅炉制高温蒸汽、产品的洗涤烘干等所需热能。 [2]
炭化使碳以外的物质挥发,氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质,产生新的和扩大原有的孔隙,改善微孔结构,增加活性。低温(400℃)活化的炭称L-炭,高温(900℃)活化的炭称H-炭。H-炭必须在惰性气氛中冷却,否则会转变为L-炭。活性炭的吸附性能与氧化活化时气体的化学性质及其浓度、活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关,主要取决于活化气体性质及活化温度。活性炭的含炭量、比表面积、灰分含量及其水悬浮液的pH值皆随活化温度的提高而增大。活化温度愈高,残留的挥发物质挥发愈完全,微孔结构愈发达,比表面积和吸附活性愈大。 [3]活性炭中的灰分组成及其含量对炭的吸附活性有很大影响。灰分主要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等组成,灰分含量与制取活性炭的原料有关,而且,随炭中挥发物的去除,炭中的灰分含量增大。 [3]截止2007年,世界活性炭年产量达900kt,其中煤基(质)活性炭占总产量的2/3以上;而中国年产量已突破400kt,居世界首位,美国、日本等也是世界主要的活性炭产出国
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一般而言,在碳合成中使用的成孔剂的量越高,中孔越宽,直到大孔,并且孔体积越高。另外,更高的活化度导致更多数量的微孔,稍微更宽的中孔和大孔以及更少的致密碳。用不同量的成孔剂,在这种情况下的聚乙二醇和活化度合成的活性炭获得显着不同的多孔结构,并且已经测定了与活性炭相比去除乙二醛。
现使用活性炭与目前用于三级水处理的颗粒活性炭相比,具有优化的结构和表面化学的酚醛树脂衍生的活性炭已经被发现在环境现实的情况下非常有效地去除乙醛。乙二醛的吸附能力与活性表面积无关。尽管中孔的存在对于允许有效的将五聚醛扩散转移到活性吸附位点是重要的,但是吸附在具有高微孔性和窄孔径分布的碳中是有利的。碳的表面改性导致吸附能力降低,这是由于在聚乙二醇和水分子之间可能的竞争效应。即使在高浓度的有机物质(和无机盐)的存在下,与活性炭相比,酚醛碳对五元醛的吸附也表现出这些活性炭在废物和/或饮用水处理中的潜在效用。
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