活性炭廠家提醒活性炭活化方法之氣體活化法

 氣體活化法也稱物理活化法，采用水蒸氣、煙道氣(主要成分為C02)、空氣等含氧氣體或混合氣體作為活化劑，.在高溫下與炭化料接觸進(jìn)行活化或兩種活化劑交替進(jìn)行活化，從而生產(chǎn)出比表面積巨大、孔隙發(fā)達(dá)的活性炭產(chǎn)品。
      活化反應(yīng)屬于氣固相系統(tǒng)的多相反應(yīng)，活化過(guò)程中包括物理和化學(xué)兩個(gè)過(guò)程，整個(gè)過(guò)程包括氣相中的活化劑向炭化料外表面的擴(kuò)散、活化劑向炭化料內(nèi)表面的擴(kuò)散、活化劑被炭化料內(nèi)外表面所吸附、炭化料表面發(fā)生氣化反應(yīng)生成中間產(chǎn)物(表面絡(luò)合物)、中間產(chǎn)物分解成反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)產(chǎn)物脫附、脫附下來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物由炭化料內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散等過(guò)程。 一物料在炭化過(guò)程中已形成了類似石墨的基本微晶結(jié)構(gòu)，在微晶之間形成了初級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)，不過(guò)由于這些初級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)被炭化過(guò)程中生成的一些無(wú)序的無(wú)定形碳或
焦油餾出物所堵塞或封閉，因此炭化料的比表面積很小。
       氣體活化的過(guò)程就是用活化氣體與C發(fā)生氧化還原反應(yīng)，侵蝕炭化物的表面，同時(shí)除去焦油類物質(zhì)及未炭化物，使炭化料的微細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的過(guò)程。通過(guò)氣化反應(yīng)，使炭化料原來(lái)閉塞的孔開(kāi)放、原有孔隙的擴(kuò)大及孔壁燒失、某些結(jié)構(gòu)經(jīng)選擇性活化而產(chǎn)生新孔的過(guò)程?？紫兜男纬膳cC的氧化程度密切相關(guān)，在一定的活化燒失率范圍內(nèi)，活化氣體與炭化料的氣化反應(yīng)程度越深，生產(chǎn)出的活性炭比表面積就越大、孔隙就越發(fā)達(dá)、活性炭的吸附性能就越好。杜比寧(Dubinin)理論認(rèn)為，燒失率小于50%時(shí)，得到的是微孔活性炭;燒失率大于75%時(shí)，得到的是大孔活性炭;燒失率在50%-75%時(shí)，得到的是具有混合結(jié)構(gòu)的活性炭。
    目前的研究表明，活化反應(yīng)通過(guò)以下三個(gè)階段最終達(dá)到活化浩孔的目的。第一階段:開(kāi)放原來(lái)的閉塞孔。即高溫下，活化氣體首先與無(wú)序碳原子及雜原子發(fā)生反應(yīng)，將炭化時(shí)已經(jīng)形成但卻被無(wú)序的碳原子及雜原子所堵塞的孔隙打開(kāi)，將基本微晶表面暴露出來(lái)。
    第二階段:擴(kuò)大原有孔隙。在此階段，暴露出來(lái)的基本微晶表面上的C原子與活化氣體發(fā)生氧化反應(yīng)被燒失，使得打開(kāi)的孔隙不斷擴(kuò)大、貫通及向縱深發(fā)展。
    第三階段:形成新的孔隙。微晶表面C原子的燒失是不均勻的，同炭層平行方向的燒失速率高于垂直方向，微晶邊角和缺陷位置的C原子即活性位更易與活化氣體反應(yīng)。同時(shí)，隨著活化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，新的活性位暴露于微晶表面，于是這些新的活性點(diǎn)又能同活化氣體進(jìn)行反應(yīng)。微晶表面的這種不均勻的燃燒不斷地導(dǎo)
致新孔隙的形成。
    幾隨著活化反應(yīng)的進(jìn)行，孔隙不斷擴(kuò)大，相鄰微孔之間的孔壁被完全燒失而形成較大孔隙，。導(dǎo)致中孔和大孔孔容的增加，從而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相連接的孔隙結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達(dá)的比表面積。
    氣體活化法的基本原理是采用水蒸氣、煙道氣(主要成分為C02)或其混合氣體等含氧氣體作為活化劑，在高溫下與C接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)行活化，生成CO, C02,  H:和其他碳?xì)浠衔餁怏w，通過(guò)C的氣化反應(yīng)(燒失)達(dá)到在碳粒中造碳的目的。其主要化學(xué)反應(yīng)式如下：
C+2H20一2 H2 + CO2一79. 6kJ
  C十H20一H2 +CO一542. lkJ
  C+CO2一2CO一712. 7kJ
      從上述三個(gè)化學(xué)反應(yīng)式可以看出，三個(gè)反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)，即隨著活化反應(yīng)的進(jìn)行，活化爐的活化反應(yīng)區(qū)域溫度將逐步下降，如果活化區(qū)域的溫度低于800C ,上述活化反應(yīng)就不能正常進(jìn)行，所以在活化爐的活化反應(yīng)區(qū)域需要同時(shí)通人部分空氣與活化產(chǎn)生的煤氣燃燒補(bǔ)充熱量，或通過(guò)補(bǔ)充外加熱源，以保證活化爐活化反應(yīng)區(qū)域的活化溫度。
      活化工藝控制的主要操作條件包括活化溫度、活化時(shí)間、活化劑的流量及溫度、加料速度、活化爐內(nèi)的氧含量等。
     催化活化法是氣體活化法工藝的一種發(fā)展，它是在炭化料生產(chǎn)過(guò)程中加人少量的催化劑(一種或幾種)，當(dāng)炭化料進(jìn)行活化時(shí)，催化劑催化炭化料與水蒸氣、二氧化碳(煙道氣)等活化劑的氣化反應(yīng)，生產(chǎn)出具有特殊孔隙結(jié)構(gòu)或高吸附性能的活性炭產(chǎn)品。
    氣體活化法基本適合于所有含碳材料用于制造活性炭的生產(chǎn)過(guò)程。目前，國(guó)內(nèi)外氣體活化法生產(chǎn)活性炭最常用的活化氣體(活化劑)是水蒸氣和煙道氣，煙道氣則是水蒸氣活化過(guò)程中產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過(guò)燃燒而制得，活化過(guò)程是水蒸氣和煙道氣的交替活化或兩者的混合氣體活化。