常用吸附剂-活性炭课件.ppt
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1、主 讲组 员常用吸附剂常用吸附剂-活性炭活性炭胶体与表面胶体与表面化学化学1ppt课件目录1234简介制备工艺流程性能特点应用实例2ppt课件1简介活性炭又称活性炭黑。是黑活性炭又称活性炭黑。是黑色色粉末状粉末状或或颗粒状颗粒状的无定形的无定形碳。活性炭主成分除了碳以碳。活性炭主成分除了碳以外还有外还有氧氧、氢氢等元素。活性等元素。活性炭在结构上,由于微晶碳是炭在结构上,由于微晶碳是不规则排列不规则排列,在交叉连接之,在交叉连接之间有细孔,活化时会产生碳间有细孔,活化时会产生碳组织缺陷,因此它是一种组织缺陷,因此它是一种多多孔性孔性含碳物质,具有很强的含碳物质,具有很强的吸附能力吸附能力。它不
2、仅可以作为。它不仅可以作为吸附剂,还可以作为吸附剂,还可以作为脱色剂脱色剂和和催化剂载体催化剂载体,使它在化学,使它在化学工业、国防工业、环境保护、工业、国防工业、环境保护、食品工业等方面得到了广泛食品工业等方面得到了广泛的应用。的应用。3ppt课件1简介活性炭的种类活性炭的种类由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭活性炭的种类的种类很多,到目前为止尚无精确的统计,大约有上千个品种。很多,到目前为止尚无精确的统计,大约有上千个品种。按原料来源分:按原料来源分:1.木质活性炭木质活性炭 2.兽骨活性炭兽骨活性炭 3.矿物质原料活性炭
3、矿物质原料活性炭 4.再生活性炭再生活性炭 5.其它原料的活性炭其它原料的活性炭 按制造方法分按制造方法分:1.化学法活性炭(化学炭)化学法活性炭(化学炭)2.物理法活性炭(物理炭)物理法活性炭(物理炭)3.化学化学物理法活性炭物理法活性炭按外观形状分按外观形状分:1.粉状活性炭粉状活性炭 2.颗粒活性炭颗粒活性炭 3.不定型颗料活性炭不定型颗料活性炭 4.圆柱形活性炭圆柱形活性炭 5.球形活性炭球形活性炭 6.其它形状的活性炭其它形状的活性炭按孔径按孔径大小大小分分:1.大孔大孔(孔径孔径500A)2.过渡孔过渡孔(孔径孔径20 A 500A)3.微孔微孔(孔径孔径 20A)4ppt课件1简
4、介生活中常见的活性炭生活中常见的活性炭木质活性炭木质活性炭:以木屑、木炭等以木屑、木炭等 制成的活性炭制成的活性炭果壳活性炭果壳活性炭:以椰子壳、核桃壳以椰子壳、核桃壳、杏杏核核 壳等制成的活性炭壳等制成的活性炭5ppt课件1简介煤质活性炭煤质活性炭:以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭再生再生活性活性炭炭:以用过的废炭为原料,进行 再活化处理的再生活性炭6ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程活性炭的制备主要包括活性炭的制备主要包括炭化炭化和和活化活化两个阶段。两个阶段。2.12.1、炭化、炭化所谓炭化就是把有机原料在所谓炭化就是把有机原料在隔绝空气隔绝空气的条件下加热以的条件下加热以减少
5、非碳成分减少非碳成分,制出适合,制出适合于后一步活化反应的碳质材料。炭化通常都在于后一步活化反应的碳质材料。炭化通常都在10001000以下进行,有下面以下进行,有下面3 3个阶个阶段。段。在在400 400 以下,发生脱水,脱酸等一次分解反应,但炭中还残存以下,发生脱水,脱酸等一次分解反应,但炭中还残存OO结合结合在在400-700 400-700 ,OO 结合被破环,氧以结合被破环,氧以H H2 2O O,COCO,COCO2 2等形式析出而芳核等形式析出而芳核间的结合开始形成。间的结合开始形成。脱氢,芳核间大量产生并直接结合,形成二维平面结构的中间物,同时结合脱氢,芳核间大量产生并直接结
6、合,形成二维平面结构的中间物,同时结合 上上CHCH2 2 ,形成,形成三维立体结构三维立体结构。7ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程2.1.1、炭化主要目的、炭化主要目的(1 1)排除成型料中的挥发份及水分;排除成型料中的挥发份及水分;(2 2)提高炭化料强度,煤焦油中的沥青成分形成了基本骨)提高炭化料强度,煤焦油中的沥青成分形成了基本骨架;架;(3 3)使炭颗粒形成初步孔隙。)使炭颗粒形成初步孔隙。2.1.2、温度对炭化的影响、温度对炭化的影响 炭化温度直接影响炭化产物的孔隙结构和强度。温度过低炭化温度直接影响炭化产物的孔隙结构和强度。温度过低炭化产物无法形成足够的机械强度,温度过高则会
7、促使炭炭化产物无法形成足够的机械强度,温度过高则会促使炭化产物中的石墨微晶有序变化,减少微晶之间的空隙,影化产物中的石墨微晶有序变化,减少微晶之间的空隙,影响活化造孔过程。响活化造孔过程。8ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程2、活化、活化 所谓活化就是赋予炭颗粒活性,使炭形成多孔的微晶结构,具有发达的表面积的过程。所谓活化就是赋予炭颗粒活性,使炭形成多孔的微晶结构,具有发达的表面积的过程。活化方法通常有三种,即活化方法通常有三种,即化学药品活化法化学药品活化法、物理化学联合活化法物理化学联合活化法和和物理活化法物理活化法(1)化学药品活化法)化学药品活化法 即将含碳原料与化学药品活化剂混捏,
8、然后炭化、活化制取活性炭。药品有即将含碳原料与化学药品活化剂混捏,然后炭化、活化制取活性炭。药品有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及及K2S等。等。(2)物理化学联合活化法)物理化学联合活化法 一般先进行化学药品活化,然后进行物理活化。由物理活化法特别是用水蒸气活化制一般先进行化学药品活化,然后进行物理活化。由物理活化法特别是用水蒸气活化制成的产品,微孔发达,对气相物质有很好的吸附力;由化学药品活化法制得的活性炭成的产品,微孔发达,对气相物质有很好的吸附力;由化学药品活化法制得的活性炭次微孔发达,多用于液相吸附。次微孔发达,多用于液相吸附。(3)物理活化法(气体活化法)物理活化法(气体活化法
9、)在活化过程中通入气体活化剂如二氧化碳,水蒸气,空气等。在活化过程中通入气体活化剂如二氧化碳,水蒸气,空气等。9ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程2.2.12.2.1、影响炭活化的主要因素、影响炭活化的主要因素 (1)(1)活化温度的影响活化温度的影响 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高,活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高,反应速度加快,活化速率加大,但是太高易造成反应速度加快,活化速率加大,但是太高易造成不均匀活不均匀活化化。在不同的活化温度下,生产的活性炭孔结构不同。活。在不同的活化温度下,生产的活性炭孔结构不同。活化温度过高,化温度过高,微孔减少,吸附力
10、下降微孔减少,吸附力下降。一般水蒸气活化法。一般水蒸气活化法的活化温度控制在的活化温度控制在800-950800-950,烟道气的活化温度控制在,烟道气的活化温度控制在900-950900-950,空气的活化温度控制在,空气的活化温度控制在600600左右。左右。10ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程炭的气化燃烧反应的相对速度炭的气化燃烧反应的相对速度(800,10.1KPa)(800,10.1KPa)在相同的温度下,不同的活化剂化学性质不同,它与炭的反应速度在相同的温度下,不同的活化剂化学性质不同,它与炭的反应速度也不同。从上表中可以看出空气、水蒸气和二氧化碳活化的相对速也不同。从上表中可
11、以看出空气、水蒸气和二氧化碳活化的相对速度对比。如炭和氧的反应速度较快,活化温度只需度对比。如炭和氧的反应速度较快,活化温度只需600600左右即可;左右即可;而用水蒸气则需而用水蒸气则需800-950800-950。但由于水蒸气能充分地扩散到炭的微孔。但由于水蒸气能充分地扩散到炭的微孔内,使活化反应能在整个炭颗粒内均匀进行,所以得到比表面积大、内,使活化反应能在整个炭颗粒内均匀进行,所以得到比表面积大、吸附能力强的活性炭。总的认为,吸附能力强的活性炭。总的认为,CO2CO2和水蒸汽作为活化剂活化的效和水蒸汽作为活化剂活化的效果较好。果较好。(2)活化剂种类对活化过程的影响活化剂种类对活化过程
12、的影响11ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程(3 3)原料煤性质的影响)原料煤性质的影响 不同的煤种,含碳量、含氧量、含氢量都不同,煤的化学不同的煤种,含碳量、含氧量、含氢量都不同,煤的化学结构也不同,所以炭化后得到的结构也不同,所以炭化后得到的半焦特性半焦特性也不同。在一定也不同。在一定温度下,对活化剂反应的速率也不尽相同。因此,原料煤温度下,对活化剂反应的速率也不尽相同。因此,原料煤不同,选用的活化生产工艺略有不同。无烟煤为原料的活不同,选用的活化生产工艺略有不同。无烟煤为原料的活化温度可比烟煤的活化温度高化温度可比烟煤的活化温度高20-3020-30。(4 4)炭化温度的影响)炭化温度
13、的影响 煤的炭化温度直接影响炭化料的孔隙结构和强度,从而影煤的炭化温度直接影响炭化料的孔隙结构和强度,从而影响半焦的性质,尤其是最终温度。炭化终温过高,会造成响半焦的性质,尤其是最终温度。炭化终温过高,会造成炭化料表面收缩形成易石墨化炭层,造成活化难度增加。炭化料表面收缩形成易石墨化炭层,造成活化难度增加。12ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程(5)(5)活化剂流速及浓度的影响活化剂流速及浓度的影响 活化剂的流速大,它与炭反应速率增加,使烧失率增加,产生不均匀活化,导活化剂的流速大,它与炭反应速率增加,使烧失率增加,产生不均匀活化,导致微孔减少。活化剂流速低时,孔容积反而增加,因此活化剂适当
14、的流速是保致微孔减少。活化剂流速低时,孔容积反而增加,因此活化剂适当的流速是保证活性炭质量的因素之一。证活性炭质量的因素之一。下表是水蒸气用量与活化时间的关系。以水蒸气为活化剂,在一定温度下水蒸下表是水蒸气用量与活化时间的关系。以水蒸气为活化剂,在一定温度下水蒸气的用量大,可以缩短活化时间,但在不同的温度下,缩短的活化时间不同。气的用量大,可以缩短活化时间,但在不同的温度下,缩短的活化时间不同。经过试验数据,活化温度在经过试验数据,活化温度在850850增加到增加到930930时,时,CO2CO2的浓度可提高一倍。的浓度可提高一倍。CO2CO2作为活化介质,其浓度提高可加快反应速度。作为活化介
15、质,其浓度提高可加快反应速度。13ppt课件2制备工艺流程制备工艺流程(6)(6)炭化料灰分的影响炭化料灰分的影响 炭化料中无机成分在炭化和活化过程中,大部分转化为灰分,它是影响炭化料中无机成分在炭化和活化过程中,大部分转化为灰分,它是影响活性炭强度主要因素,在灰分与碳接触的界面上,灰分会造成裂纹,影活性炭强度主要因素,在灰分与碳接触的界面上,灰分会造成裂纹,影响活性炭的强度。无机物中的碱金属,铜,铁等氧化物和碳酸盐,对碳响活性炭的强度。无机物中的碱金属,铜,铁等氧化物和碳酸盐,对碳和水蒸气的反应有催化作用,因此,在炭化料中加入少量的钴、铁、钒、和水蒸气的反应有催化作用,因此,在炭化料中加入少
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