活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭被廣泛用作廢水的吸附劑，超過90%的城市廢水處理廠以活性炭為處理工藝的核心。可以由碳質(zhì)材料分兩步制成活性炭。首先，含碳物質(zhì)將在惰性氣氛中進行碳化，然后再活化碳化產(chǎn)物。碳化過程的目的是豐富碳含量，產(chǎn)生初始孔隙度，活化有助于擴大孔隙。

　　活性炭的活化方式介紹

　　活性炭通過這兩種方法進行活化。物理活化法和化學(xué)活化法。物理活化方法也稱為兩步熱解。物理活化涉及碳化步驟和活化步驟兩個階段。首先，將原料碳化，然后通過活化劑進行第二次活化。在物理激活過程中使用的活化劑是二氧化碳或蒸汽。物理活化過程通常在比化學(xué)活化過程更高的溫度下進行。而化學(xué)活化法也稱為一步熱解法。化學(xué)活化開始于原料經(jīng)過碳化過程之前，先將某些化學(xué)品浸入原料中。常見的化學(xué)活化劑是使用氫氧化鉀(KOH)，氯化鋅(ZnCl2)，磷酸(H3PO4)，硫酸(H2SO4)和氫氧化鈉(NaOH)。每種化學(xué)活化劑都會影響所需活性炭的特性。最近，由于環(huán)境和經(jīng)濟方面的考慮，與其他化學(xué)活化劑相比，磷酸是個不錯的選擇。也可以碳化和活化步驟同時進行化學(xué)活化。

　　活化溫度和酸濃度對活性炭的影響研究

　　分別使用不同的溫度和相同的酸濃度與不同的酸濃度與相同的溫度來進行活性炭的活化，來分析活性炭的產(chǎn)率。活性炭的產(chǎn)率定義為在活性化過程，洗滌和干燥之后活性炭的重量比。活化溫度和酸濃度在活性炭產(chǎn)率中起重要作用。當(dāng)活化溫度從650°C增加到850°C時，由于揮發(fā)性物質(zhì)隨溫度的升高而損失，產(chǎn)率降低。然而，隨著濃度從25%增加到50%，活性炭的產(chǎn)率增加。原因是活性炭在活化過程中磷酸的存在會促進解聚。

　　使用電子顯微鏡對活化后的活性炭進行結(jié)構(gòu)分析

　　根據(jù)觀察到的活性炭微觀結(jié)構(gòu)來進行形態(tài)研究。圖1顯示了在650°C(a)和850°C(b)兩種不同溫度下用25%H3PO4制成的活性炭的比較。可以看出，與650℃相比，在850℃下制備的活性炭具有稍大的孔。可以得知孔體積隨著活化溫度的升高而逐漸增加。

　　圖1：在不同溫度和相同酸濃度下制成活性炭的結(jié)構(gòu)。

　　經(jīng)過對比分析發(fā)現(xiàn)圖2示出了在相似的850℃溫度下以兩種不同的H 3 PO 4濃度，25%(a)和50%(b)制成的活性炭。結(jié)果表明，與較低濃度(25%)的H3PO4相比，使用50%H3PO4制成的活性炭的孔結(jié)構(gòu)具有較大的孔。當(dāng)磷酸濃度從25%增加到50%時，孔徑似乎變大并且導(dǎo)致活性炭的比表面積進一步增加。用較低濃度的H3PO4浸漬的活性炭由小孔組成，而某些區(qū)域幾乎沒有孔。從該結(jié)果可以預(yù)見，用高濃度的H 3 PO 4活化劑浸漬的活性炭將形成更多的孔并具有更好的吸附可能性。根據(jù)分析確定，活化劑(H3PO4)和活化溫度會影響活性炭表面的形貌特征。掃描顯微鏡結(jié)果顯示活性炭的孔，孔和粗糙表面。然而，掃描結(jié)果顯示活性炭的形狀，孔和表面不均勻。

　　圖2：在固定溫度下用不同濃度磷酸制成活性炭的結(jié)構(gòu)。

　　通過改變化學(xué)試劑(H3PO4)的濃度和碳化溫度進行實驗，以確定它們對活性炭質(zhì)量的影響。根據(jù)電子顯微鏡檢測了活性炭的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，其中在顯微鏡下，與較高濃度和較低活化溫度相比，在較高活化溫度下以高濃度浸漬的活性炭顯示出大量孔隙并且孔尺寸較大。隨著H3PO4濃度和活化溫度的升高，表面積，微孔面積和孔體積都會增加。最高濃度的磷酸(50%)和高的活化溫度(850°C)產(chǎn)生的表面積比較大，微孔面積和孔體積的指數(shù)都比較好。因此，可以得出結(jié)論，磷酸濃度以及活化溫度對活性炭質(zhì)量具有顯著影響。

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