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1、1、碘吸附值,碘值是指活性炭在0.1mol/L(1/2I2，摩尔质量，g/mol)下每克炭吸附的碘量(以毫克计)定为碘值。GB/T 12496.8-1999 碘值与直径大于10A的孔隙表面积相关联,碘值可以理解为总孔容的一个指示器。,测定方法,操作步骤：GB/T 12496.8-1999 称取经粉碎至71m（200目）的干燥试样0.5g(/准确至0.4mg)，粉状炭需作补充研磨，以满足71m下要求，放入干燥的100mL碘量瓶中，准确加(1+9)盐酸10.0mL，使试样湿润，放在电炉上加热至沸，微沸(302)s，冷却至室温后，加入50.0mL的0.1 mol/L碘标准溶液。立即塞好瓶盖，在恒温水
2、浴振荡器上振荡15min，迅速过滤到干燥烧杯中。用移液管吸取10.0mL滤液，放入250mL碘量瓶中，加入100mL水，用0.1 mol/L硫代硫酸钠标准溶液进行滴定，在溶液呈淡黄色时，加2mL淀粉指示液，继续测定使溶液变成无色，记录下使用的硫代硫酸钠体积数。,亚甲基蓝吸附值,亚甲蓝值是指1.0克炭与0.15升浓度的亚甲蓝溶液达到平衡状态时吸收的亚甲蓝的毫克数。,操作步骤称取经粉碎至71m的干燥试样0.100g(准确至1mg)置于100mL具磨口塞锥形烧瓶中，用滴定管加入适量的亚甲基蓝试验液，待试样全部湿润后，立即置于电动振荡器上振荡20min，环境温度(255)，用直径12.5cm的中速定性
3、过滤纸进行过滤。将滤液置于光径为1cm的比色皿中，用分光光度计在波长665nm下测定吸光度，与硫酸铜标准滤色液的吸光度相对照，所耗用的亚甲基蓝试验液的毫升数即为试样的亚甲基蓝吸附值。称取4.000g结晶硫酸铜(Cu2SO45H2O)溶于1000mL水中,3、四氯化碳吸附值,在规定的条件下，使载有四氯化碳的空气流过已知质量的活性炭样品，直至炭样质量已不再增加为止，然后测定炭样的四氯化碳的质量。是用饱和的零摄氏度的CCI4气流通过25度的炭床来测量的。四氯化碳值是总孔容的指示器，,5、糖蜜值,糖蜜值是测量活性炭在沸腾糖蜜溶液的相对脱色能力的方法。糖蜜值被解读为孔直径大于28A的表面积。因为糖蜜是多
4、组分的混合物，必须严格按照说明测试本参数。糖蜜值是用活性炭标样和要测试的活性炭的样品处理糖蜜液，通过计算过滤物的光学密度的比率而得。,2、活性炭的微观组成和结构,活性炭（与微晶质炭类似）,微观组成,具有乱层结构的基本微晶：类石墨微晶,无定形碳,未组成类石墨微晶的,非组织碳,易石墨化碳,难石墨化碳,原料种类,对活性炭的性能及用途的要求不同，所采用的原材料类型也有所不同，目前原材料的选择基本上步入两个发展方向。(1)来源广泛，价格低廉的低品质原料，如泥煤或褐煤、木屑、纸浆废液、废旧塑料等，用于制造用量大、对性能要求不高的活性炭。(2)高价原料如合成树脂和纤维等，以制造具有某些特殊功能、价格极高但质
5、量极优的高档特制活性炭，如血液透析炭、活性炭纤维、泡沫炭等。,、斯列普活化炉构造P443,由炉本体、蓄热室和 烟囱组成。,5、氯化锌活化法的特点,氯化锌法是化学药品活化法中应用最广的一种方法，它有许多优点。a.产品得率高，每吨活性炭只需消耗吨绝干木屑。b.活化温度低，一般在500-520 左右，因而减少了高温操作带来的麻烦。c.产品的规格可通过调整锌屑比，能调节活性炭的比孔容积和孔径分布。d.用氯化锌法制得的活性炭具有某些独特的性质，是其他方法难以代替的。特别在物理化学性质上与用水蒸汽法制得的活性炭有许多差别，使用氯化锌法的产品更适合于液相的应用，特别对糖液的脱色效果更好。,氯化锌法的缺点，主
6、要是氯化锌对环境的污染对设备的腐蚀比物理法严重。因此，用氯化锌法时，必须考虑生产过程中废气和废水的处理与设备的防腐蚀问题。,第三节、化学药品活化法生产活性炭,一、概述1、定义：化学活化法是将含碳材料用化学药品浸渍后在适当的温度下，经过炭化、活化制取活性炭的一种方法。2、工艺流程:化学活化法有两个一个是将原料浸渍后直接进行加热处理制成活性炭。这个工艺流程适用于粉状炭。泥煤和木屑等原材料均适于这种方法。(传统)第二个工艺流程是原料在浸渍后经过挤压成型然后进行加热处理，制成成型活性炭(优点)。日本的一些粒状活性炭多采用这种方法用椰壳为原料制成的。,3、常见的化学活化试剂,理论上具有脱水能力的化学物质
7、都可进行活化。酸类：盐酸、氢澳酸、硝酸、硼酸、磷酸等碱或碱类：Na20、NaOH、CaO、KOH Ca(OH)2盐类：ZnCl2、MgCl2、CaCl2、NH4Cl、AICl3、KMnO4、K2CO3。镍盐、硼酸盐、氧化物：磷氧化物、砷氧化物等,到目前为止，虽然有许多化学药品用于活性炭的制备中，但工业生产上是氯化锌、磷酸和氢氧化钾占主导地位。,二、化学活化法的理论,抑制焦油生成；促进芳烃缩合反应，使一部分分子变稳定而减少挥发组分和焦油的形成催化脱水与催化炭化；隔绝空气，在比气体活化低的温度下炭化。减少了它们在热解过程中与碳元素生成许多不同的有机化合物如焦油等的几率。化学造孔：能制得具有独特性能
8、(过渡孔发达),化学活化过程中：重要的因素是无水活化剂和干燥初始原料的重量比，即浸渍比。在气体活化时，重量减少率可以用作活化度的标准，在药品活化时，浸渍比成为活化度的标准。浸渍比对产物的多孔性的影响：在浸渍比比较小的情况下，随着浸渍比的增加，炭化产物的总细孔容积增加，是依靠微细孔数的增加。在浸渍比比较大时，直径比较大的细孔数增加，由微细孔形成的细孔容积反而减少。,药品活化法的产品在溶剂回收、液相吸附、特别是在着色溶液的脱色性能方面很出色(中孔发达）。同样，因为使用化学药品，使活化剂如残留在产品中，将招致食品公害，并且往往带来对制造装置的腐蚀、废水、环境污染等生产公害问题。因此，活化剂的回收成为
9、最重要的技术，它支配着产品的质量和生产成本。,三、常见工艺与流程,(一)、氯化锌活化法生产活性炭 以化学品氯化锌为活化剂。传统的化学法,ZnCl2 活化法,ZnCl2 活化法在我国是最主要的生产活性炭的化学活化法，工业化已多年。它主要以木屑为原料，用ZnCl2 活化时只需3 吨左右的木屑即可以得到1吨活性炭，收率高。而通过普通的物理活化法活化时，制得1吨活性炭则需5-6吨木屑。另外，ZnCl2 法活化时，活化温度低，对糖用炭来讲，活化温度一般在550 以下，而药用炭则应控制在500 以下，从而减少了能耗及高温操作带来的一系列难题。,1、氯化锌在活化过程中的作用（1）.润胀作用：氯化锌对植物原料
10、中的纤维素起润胀、胶溶以致溶解作用，药液渗透到原料内部，溶解纤维素而形成孔隙。木屑等植物原料中总纤维素的含量达60-70。据认为，在不到200的温度下，通过氯化锌的电离作用能使纤维素发生润胀。并将持续到纤维素分散成肢体状态为止。在这同时还会发生一些水解反应和氧化反应，使高分子化合物逐渐解聚，形成一种部分解聚化合物与氯化锌组成的均匀塑性物料。这样当生产糖用炭时，在靠近物料开始炭化的炉壁，特别容易发生粘结现象。当用氯化锌和木屑生产颗粒活性炭时，锌屑料在150-200下进行预处理，既能得到塑性物料。如果锌屑比较高，物料在100以下就能塑化。另外，在制造钢纸时，也是用浓氯化锌溶液浸渍原纸，使表面发生剧
11、烈润胀与被溶作用而胶化。这些都说明氯化锌对纤维索的润胀作用。,（2）.催化脱水和催化炭化：氯化锌在高温下具有催化脱水作用，使原料中的氢、氧原子以水的形式分离出来，使更多的碳保留在原料中，提高了活性炭的得率。用氯化锌作活化剂，能降低活化温度，活化时产生的焦油颜色明显变浅，这说明木屑的活化过程与通常的热解反应有所不同。,从表可以看出，当木屑加ZnCl2和H2PO4后，炭化温度大大降低，焦油颜色明显变浅，说明杉木屑在ZnCl2等的作用下，改变了通常热解反应的历程。,（3）.骨架造孔作用：氯化锌在炭化时能起骨架作用，即它们在原料被炭化时给新生的碳提供一个骨架，让碳沉积在它的上面。新生的碳具有初生的键，
12、有吸附力，能使碳与氯化锌等锌化物结合在一起。当用酸和水把氯化锌等无机成分溶解洗净之后，碳的表面便暴露出来，成为具有吸附力的活性炭内表面积。这种作用最明显的体现是：活性炭的孔隙总容积随锌屑比的增大而增大。而且当锌屑比大时，可以制得过渡孔较发达的活性炭，锌屑比小时，又可制得微孔较发达的活性炭。,（4）.氯化锌的芳香化作用 用木屑或纤维素作原料用浓度为1565的氯化锌在140下浸渍。然后将溶剂抽出物(分解产物)用紫外线吸收光谱法进行分析结果发现其中有葡萄糖、戊糖、糖醛酸和粮醛等一些分子量约为160-240的物质。这些物质在更高的温度下(300 以上)的炭化过程中被炭化成炭的组成部分。由此推测：用Zn
13、Cl2作活化剂时，最初木屑被氯化锌溶液降解并低分子化，接着被催化脱水，并促进中间产物缩合成为不挥发物，即由糖醛酸和醛糖缩合成为糠醛。它们在受热时进一步向环芳构化，形成缩聚的炭，这种炭在氯化锌溶液中不溶解，在适当的温度下形成炭的乱层微晶结构。还要指出的是，在这期间，氯化锌是呈液体状态，具有流动性，当炭分子重排时，不起阻碍作用，并还有利于炭的孔隙结构的形成。,(5)非碳元素的作用 有人认为，不同的非碳元素对碳的活化作用是不同的。如元素钾，它可以渗透到微晶的六角形片状体之间，将它们部分地撑开。这些非碳原子除了当作碳原子，达到更有效的空间和结构排列之外，还合成为活性炭分子结构的一部分。如氧以共价键与碳
14、结合形成稳定的表面氧化物。碳与硫原子的结合也是类似于表面氧化物的化学结合。氮和碳是以类似脂基的形式结合。而氢与碳的结合，活化之前是以碳氢链和环的形式联结在六角形片状体边缘的原子上；活化期间，在950以下，这些氢大部分被除去，还有一少部分氢即使在活化之后仍留在炭上，只有在很高的温度下，才逐渐地被除去，而正随着这些氢的减少，活性炭的吸附力也逐渐降低。因此有人认为牢固地结合在活性炭上的一些非碳元素能够提供一些吸附键，使活性炭的吸附能力提高。如这些活性炭具有的特殊吸附力和催化作用，就是因为有一些非碳元素氧、铁和氢的存在。这些非碳元子的影响还可能扩展到邻近的碳原子上。就象把一个极性基因引入一个有机化合物
15、的结构中，影响远处的原子的化学性质一样。,ZnCl2 活化法制备活性炭的原理众说纷纭，被大家认可的说法是ZnCl2 是一种脱氢剂。以Caturla 为代表学者们认为ZnCl2 的存在使纤维素质原料发生脱氢并进一步芳构化，从而形成了孔，充分洗涤后，多余的ZnCl2 等杂质被洗去，他们原来占据的位置就显出了孔。Ibarra等人认为 ZnCl2 的存在使脱氢反应加快，使之在400 以下即能快速进行(脱氢反应发生在热解的初级阶段，在形成焦油之前)。,2、氯化锌活化法对生物质原料的要求、一般来说，原料中氧的重量含量不 能小于25%，氢的重量含量不能小于5%。、原料具有一定的孔隙。植物原料：都具有较发达的
16、孔。含氧、氢 不适合合成高分子,3、影响氯化锌活化法的主要因素、浸渍比：即锌屑比，是氯化锌法生产活性炭配料时所使用的无水氯化锌与绝干原料的重量之比。它是影响氯化锌活化法活性炭孔隙结构和吸附性能的最重要因素。生产上锌屑比的大小是通过改变配料时氯化锌溶液的浓度及与原料木屑的相对用量比例来调节的。,锌屑比对产品活性炭性质的影响,从表可以看出，当锌屑比如100增加到350时，活性炭的吸苯率当比压小时，随着锌屑比的增加而降低，当比压大时，却随着锌屑比的增加而增加。这是因为活性炭的吸苯率，在比压小时，主要与表面吸附有关，与毛细管凝聚关系不大，因此主要取决于炭的比表面积；当比压较大时，不仅发生表而吸附，还会
17、发生毛细管凝聚作用。因此，在这时候活性炭的吸苯率不仅取决于比表而积，还取决于炭的比孔容积。而比孔容积是随锌屑比的增加而增大的。,从表还可以看出随着锌屑比的增加，颗粒密度降低。而活性炭的孔隙平均半径和最大孔隙分布半径都增加这就是说改变锌屑比可以制得不同孔径的活性炭。用较小的锌屑比，可以制得微孔发这的活性炭；用较大的锌屑比，可以制得过渡孔和大孔比较发达的活性炭。但是，活性炭的强度却随锌用比的增加而降低。,、原料的种类和性质 原料的种类和性质在一定程度上影响浸渍工艺条件和产品活性炭的孔隙结构。,一般认为，原料对产品的质量是有影响的。例如，糖用活性炭的吸附件能与木屑的树种有较大的关系。多数情况下，杉木
18、屑比柞木屑好，松木屑树脂含量高，影响氯化锌的渗透，从而对活化过程有影响。但通过选择适当的生产条件，也可以克服由原料所引起的不利影响，如用不同树种混合木屑，也能生产出合格的糖用碳。,原料的含水率的影响,木屑含水率会影响氯化锌溶液的渗透速度，因而影响氯化锌溶液浸渍或捏合所需时间。一般木屑含水率在纤维饱和点以上时，氯化锌溶掖的渗透速度较慢。因此，当木屑含水率超过30时，浸渍时间要求在8小时以上，当木屑合水率在纤维饱和点以下时，氯化锌溶液的渗透速度要快一些。因此，当连续生产用捏和机拌和木屑和氯化锌溶液时，捏和时间要短(15分钟)，木屑含水率要求在15以下。木屑的含水率还影响其对氯化锌溶液的吸收率。例如
19、生产颗粒活性炭时，必须吸收一定数量的浓度较低的氯化锌溶液，因此要求木屑含水率不超过5。当生产糖用活性炭时，必须吸收足够数量的高浓度的氯化锌熔液，如果木屑含水率过高，就会降低氯化锌溶液的浓度。从而影响锌屑比，最终影响活性炭的孔径分布。,当生产粉状活性炭时，木屑颗粒度在6-40目，对产品质量并未发现明显的影响。但在生产颗粒活性炭时，木屑颗粒的大小对产品质量的影响与使用的锌屑比有关。从表63可以看出，当锌屑比小时(80)，活性炭的强度和比重随木屑颗粒度的增大而降低；当锌屑比大(200)时，木屑颗粒度在毫米时，对活性炭的强度和比重影响不大。,原料颗粒度的影响,、活化温度：是指活化时活化料的最向温度。它
20、是影响活性炭质量的另一个重要因素,在各次试验中活性炭的吸苯率均以在500下制得的为最大，强度和比重则增加。这是因为在500时氯化锌在形成的炭骨架中占有的体积最大，以后，随着温度的升高，炭中氯化锌的汽化量增加，炭开始收缩，而比重和强度随之增加。,生产吸附能力好的活性炭产品，活化温度500左右最适宜；若提高活性炭的耐磨强度，则应适当提高活化温度。、活化时间的影响 活化时间是指在一定的活化温度下的保温时间。据认为，当活化温度在600以下时，在2小时的范围内，延长活化时间可以提高颗粒活性炭的强度。随活化设备不同而异。氯化锌法生产活性炭是时，用间歇式平板炉进行炭活化需要2.54h，用连续式回转炉则仅需要
21、3045min.,ZnCl2 的活化反应一般在500 左右为佳。温度过高，易于使产品的孔结构破坏。ZnCl2 活化法制造的活性炭含有大量的过渡孔，原因可能是活化温度过高、反应过快所致。ZnCl2 的消耗量与反应温度有很大关系，因为ZnCl2 的蒸汽压受温度的影响很大，如508 时ZnCl2 的蒸汽压为1330 Pa，而610 时则达13300 Pa。因此，在反应时，在保证产品达到要求的前提下，尽量降低活化反应温度，以减少ZnCl2 的消耗，降低生产成本，减少ZnCl2 对大气的污染。,4、氯化锌法热解过程,通过热分析法研究氯化锌法生产木质活性炭的热解过程发现，添加氯化锌药品从根本上改变了原木材
22、的热分解历程。在200左右，基本上就完成了炭化过程，在400之前的一段温度范围内形成较稳定的凝聚炭结构；在420520，氯化锌药品适宜地侵蚀炭体，造就孔隙，形成发达的石墨微晶结构；温度高于520以后，随着温度的升高，在氧的氛围中，氯化锌活性炭结构松弛解体氯化锌逐渐气化、氧化，失去对炭结构的保护机能，烧失量增大。所以，在高于500以上高温下活性炭的得率较低，而活性炭的亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值则随温度的变化在500左右出现最大值，温度过高，活性炭的吸附性能反而下降。,5、氯化锌活化法的特点,氯化锌法是化学药品活化法中应用最广的一种方法，它有许多优点。a.产品得率高，每吨活性炭只需消耗吨绝干木屑。
23、b.活化温度低，一般在500-520 左右，因而减少了高温操作带来的麻烦。c.产品的规格可通过调整锌屑比，能调节活性炭的比孔容积和孔径分布。d.用氯化锌法制得的活性炭具有某些独特的性质，是其他方法难以代替的。特别在物理化学性质上与用水蒸汽法制得的活性炭有许多差别，使用氯化锌法的产品更适合于液相的应用，特别对糖液的脱色效果更好。,氯化锌法的缺点，主要是氯化锌对环境的污染对设备的腐蚀比物理法严重。因此，用氯化锌法时，必须考虑生产过程中废气和废水的处理与设备的防腐蚀问题。,6、氯化锌活化法生产活性炭的典型工艺,A：氯化锌活化法生产粉状活性炭,、工艺流程,干燥,活化,球磨,振筛,干燥,离心,木屑由鼓风
24、机所产的气流送到旋风分离器，分离出来的木屑落入贮仓后进入气流干燥系统。木屑经圆盘加料器连续、定量地落入螺旋进料器，加进热风管，被由热风炉出来的并经鼓风机形成的热空气流带走，送往高处旋风分离器同时被干燥。木屑经分离进入贮仓。贮仓底部螺旋搅动把干木屑加入斗式提升机提升至计量槽。定量的木屑放入捏和机同来高位槽定量的浓锌液在圆盘加料器和螺旋进料器加入回转炉进行炭、活化。炭活化好的炭由回转炉出料室卸出由人工用小车推到斗式提机加料处，炭由斗式提升机加入到回收桶以回收ZnCl2。即把耐酸缸中的锌水从浓到稀最后用清水打入桶内不断把炭中的ZnCl2洗出来。锌水由桶底经真空系统抽入真空桶然后放入耐酸缸，达43波美
25、以上的锌水送配锌池重新使用。稀的按浓度分别放入几个缸内，备下次再用。回收完ZnCl2的炭进漂洗桶用水漂洗，漂洗污水放入水沟经澄清池澄清回收一部分流失炭后排污；将漂洗合格的炭用水冲进贮炭沟，由泥砂泵打到贮炭槽，再用泥砂泵打至搅拌槽，经搅拌机底阀部蒸汽搅拌均匀(不使炭水分离成层），连续加入离心机脱水；污水排入污水沟，甩干的炭由刮板输送机，至料斗由皮带输送器不断加入烘干转炉，烘干的炭由人工送往球磨机进行粉碎；成品炭由球磨机螺旋出料器连续卸出，经过磅包装，化验鉴定贴上批号、质量标准的商标，即可入库、出厂。,、原料：木屑经皮带运输机送入振动筛经8-16目筛网进行筛选，合格木屑落入加料斗中，再由另一架皮带
26、运输机送入回转干燥机进行干燥，干燥后木屑含水率为10%-15%。干木屑由送料风机输送到旋风分离器，木屑落入贮料仓中备用。为了得到高质量的活性炭，在活化之前，木屑要过筛，操作一般在振动筛中完成。为了减少后续处理的麻烦,在满足要求的情况下，不要把原料弄得太细。,在ZnCl2 法生产中，筛选后的原料需要干燥。一般通过气流干燥或回转炉干燥使其含水量由40%降至15%20%。控制干燥器的温度在150 以下，因为在空气中超过200 木质原料就会燃烧。,：氯化锌 工业上氯化锌是用锌锭与盐酸作用制成或用氯化钠与硫化锌混合加热来制备的。工业氯化锌是白色粉末，比重2.91(25)，熔点313，沸点722；易吸潮，
27、可作脱水剂；易溶于水，在20时，100克水能溶解368克氯化锌，在100 时能溶解614克，溶解时能放出15.72千卡/克分子的热量。氯化锌与水能组成低共焙物，氯化锌浓溶液的粘性很大，在同一温度下，几乎为水的100倍。氯化锌还溶于各种有机溶剂。,我国金属锌产量名列世界第一位，200年产量约为130万t，占世界产量的1/7。氯化锌和盐酸都有毒性，它的烟雾和蒸汽可以引起鼻膜和呼吸道损伤，它的液体接触皮肤时，可以引起皮肤溃烂。氯化锌的蒸汽压与温度度的关系如下：,氯化锌溶液的配制 氯化钵溶液配制的是否合乎工艺规定的要求，是关系到锌屑比的一个重要因素。配制的方法，是将固体氯化锌溶于回收氯化锌溶液小(或水
28、中)，达到要求的波美度（degree Baum B）。用盐酸调整pH值。氯化锌溶液的波美度与温度有一定的关系，当溶液浓度一定时，随着温度的升高，波美度降低。所以对于氯化钵溶液的波美度，必须注明溶液的温度。例如，要求配制60下的45-46（B）的氯化锌溶液，若在30下，就应配成46-47（B）。氯化锌溶液的波美度（B）与温度关系如下：,固体氯化锌放入地下配锌池中，用回收来的浓锌液或水进行溶解，配制成符合要求的氯化锌溶液，再用泵打入浸料池与木屑相拌。注：生产中氯化锌的浓度常用波美度表示,工艺氯化锌溶液的配制,、捏和或浸渍 捏和：通过捏和机的挤压和剪切力，使工艺木屑与工艺氯化锌水溶液搅拌混合均匀，并
29、加速溶液向木屑颗粒内部渗透的操作；浸渍：在耐酸材料制作的浸渍池中，通过人工搅拌和较长时间的静置达到工艺氯化锌水溶液渗透到木屑颗粒内部的目的。工艺条件：料液比（工艺木屑与工艺氯化锌溶液的重量之比）、温度和时间。工艺要求：均匀渗透、有利于炭活化。,捏和的工艺条件为：1.生产工业用活性炭 木屑含水率（%）1520 60 时氯化锌液浓度（B）4547 氯化锌液pH值 11.5 料液比 1：3 捏和时间（min）1015 2.生产糖用活性炭 木屑含水率（%）1520 60 时氯化锌液浓度（B）5057 氯化锌液pH值 33.5 料液比 1：45 捏和时间（min）1015,人工操作：每75千克木屑拌以浓
30、度50波美度的氯化锌溶液225千克，5小时后翻拌1次，静置10小时方可进行炭化。浸渍好的锌屑料由皮带运输机送到炭化炉前，铲入炭化炉进行炭化。锌屑料炭化后称为炭化料由小车推往活化炉进行活化，活化后的物料称为活化料。,、炭化：将静置10小时以上的处理木屑加入炭化炉内，加热进行炭化并不断搅拌(不可使炉底木屑结成厚块)，约1小时候，木屑全部变黑(温度300-400炉温），炭化完毕应尽快加入活化炉内，以免吸收水分在高温时发生炽燃。当炭化料变得松散，不结块，乌黑油光时，即可出料，快速将炉内的炭全部扒出。炭化时间为3060min。（炭化设备：平板炉）,平板炭化炉：是用铸铁板或6.5厘米厚的耐火陶瓷板拼接铺成
31、平底炭化床，因此称为平板炉。在炭化床的下面，有均匀分布的耐火砖墙作支撑，铸铁板或耐火陶瓷板就架设在这些支撑上面。在平底炭化床的下前方有燃烧室，燃料在这里进行燃烧，燃烧后产生的烟道气，均匀分布于平底炭化床下面加热铸铁板或耐温陶瓷板，然后由后面集烟道通往烟囱。在平板炭化床正上方，安装废气罩，在炭化过程中产生的废气由此罩通往室外。平板炉砌造简单，但铸铁板与氯化锌接触，易发生腐蚀，板面产生凹凸不平、翘起甚至烧穿，使用寿命短。同时，锌屑与铁板接触，会使物料铁含量增加的缺点。为了避免上述缺点，有的厂家则采用耐火陶瓷板代替铸铁板。此外，由于炭化炉是敞开式是，有毒氯化锌气体会溢出充满车间，严重影响工作环境。,
32、、炭活化：是氯化锌活化法产生活性炭的工艺过程中关键工艺，它决定了氯化锌的损耗、炭的得率、产品活性炭的质量和污染的程度等。炭活化温度大于400时，炭活化温度升高，锌耗和污染程度显著提高，炭的得率降低。产品活性炭的质量也发生显著的变化。氯化锌活化法的常用炭活化温度为500600左右。600以下 ZnCl2+H2O Zn(OH)Cl+HCl 600以上 Zn(OH)Cl ZnO+HCl,活化时，将炭化的锌屑料加入活化室内，均匀摊开。一般要求炉温为700900，料温为500600，活化时间在2.53小时。每隔1520min翻料一次，防止结块。翻料要均匀，注意消除死角，动作要迅速，防止热量散失。当物料变
33、得疏松，开始转为暗红色，并冒出大量白烟时，即为活化终点，可进行出料，并加入新料再进行活化。出炉的活化料，要根据色质情况堆放。将“嫩”料、细料放在下面，“熟”料、粗料堆在上面，堆放816小时，让它继续自行活化，提高产品等级。活化完成后，推入储室待温度降低后取出。翻拌及出炉时，须动作迅速以减少炭在高温时与空气接触时间，这样既能避免炽燃、保持炉温，又能减少ZnCl2逸散。,回转炉为卧式，内径1米，长13米。筒体为钢板制成，内衬耐火砖。在筒体中部外面装有大齿轮，借以推动筒体转动。两端各有一对托轮，支承筒体重量。炉头和炉尾均有密封装置。安装的倾斜度为25度。,P468回转炉,回转炉怎样操作？回转炉为连续
34、操作，锌屑料由圆盘加料器和螺旋送料器送入炉尾。物料借助筒体转动和倾斜度缓慢地向炉头移动。在炉头设有燃烧室，燃烧原油或煤气，产生的高温烟气直接进入炉中，由炉头向炉尾流动，与物料逆流直接接触。在炭化过程中，形成带粘性的塑性物料，粘附在炉壁上，结块成痂，堵塞炉膛。为了防止堵塞，在炉内装有链条串联好的星形刮刀，让它随着筒体的转动，不停地撞击炉壁，将粘在炉壁上的结块物料刮下。活化好的物料称活化料，从炉头落入出料室，并定期取出，送往回收工序。废烟气从炉尾经烟道进入废气回收系统。开炉时，先启动转炉，再点火升温，待炉尾温度升至300 左右，开始加料。如果需要停炉，先停止进料，继续保持一定的炉温，待炉内物料全部
35、排出后，方熄火停炉。热炉未完全冷却之前，每隔数分钟至20min转动筒体一次，防止筒体变形。,回转炉炭化、活化的工艺条件如下：,活化区物料温度（）500600 炭化、活化时间（min）约40 炉内充填系数（%）1520 筒体转速（转/min）13 炉内压力 略带负压 炉头烟气温度（）700800 炉尾烟气温度（）200300 出料间隔时间（min）20,我国某活性炭生产厂活化炉的结构如下：炉体长7米、宽2.5米、高1.8米。活化炉内部用耐火板及耐火砖砌成，外部为普通砖结构。炉头设燃烧室，均用耐火板和耐火砖砌成，采用活动梯形炉排，燃料燃烧后产生的高温烟道气，分成四道进入炉床下部，从下面加热炉床后，
36、烟道气经炉尾集火道转向上火道时，集中成一道，在炉床上部转折二回，从上面加热活化室，然后通向烟囱排向室外。这种活化炉，炉床的上面和下面都有高温烟道气加热，保证了活化室的活化温度。炉床用耐火砖隔成7个活化室，炭化的锌屑料均匀放在活化室内，关紧每个活化室炉门，让物料在活化室中得到高温加热而活化。活化产生的废气从炉门逸出，集中于排气管，经处理后排到大气。,、锌液回收,在活化料中含有70%-90%的氯化锌和含锌化合物。回收的目的就是将这部分氯化锌和含锌化合物收回，降低活性炭生产时氯化锌的消耗，以降低产品的成本。氯化锌的回收操作属于浸提方法，即用不同浓度的氯化锌溶液（简称锌水）和少量工业盐酸加入活化料中溶
37、解氯化锌和氧化锌，再过滤分离。,回收是在回收桶中进行。回收桶是由钢板制成，为圆筒体。桶的壳体内外均用辉绿岩胶泥涂刷。在桶的内侧衬上辉绿岩板。桶的下部有用钢筋和辉绿岩粉浇铸的过滤板。,操作时，将活化料加入回收桶中，先用浓度较高的回收锌水加入活化料中，并加入约为活化料重量5%的盐酸，使活化时生成的氧化锌转变为氯化锌。Zn(OH)2+2HClZnCl2+2H2O ZnO+2HClZnCl2+H2O在反应过程中，要充分搅拌。反应完成后静置数分钟，开启真空抽气阀，将回收桶内的氯化锌溶液抽入真空桶，然后再放入耐酸缸。一般第一次回收的氯化锌溶液浓度可达40波美度以上，可送往配制氯化锌溶液。经第一次回收后，依
38、次将低浓度的锌水用泵打入回收桶中，使锌水盖过炭面，这样进行多次回收，得到浓度高低不同的回收锌水，分别放置于耐酸缸中，供下次回收用。直至上次留下的各种浓度的锌水用完后，再用热水洗涤，洗涤液也收入耐酸缸内。直至炭中的氯化锌含量低于1%为止。,、漂洗漂洗的目的是除去来自原料和加工过程中的各种杂质，使活性炭的氯化物、总铁化物、灰分等含量和酸碱度都达到规定的指标。漂洗分两个步骤进行，首先是加入盐酸除去铁类化合物，因此称为酸洗，又称酸处理或叫“煮铁”；其次是加碱中和酸，除去氯根，并用热水反复洗涤，故叫水洗。,漂洗的两个步骤都在同一个漂洗桶中进行。漂洗桶由钢板制成，圆筒体状。桶的壳体内外都用环氧树脂泥粘贴数
39、层玻璃纤维布，内侧再衬一层耐酸瓷砖，在桶的底部装有过滤板。漂洗时，利用回收桶与漂洗桶的安装位差，将活性炭用水由回收桶冲入漂洗桶中。放出部分水后，关好底部放水阀门，然后加入活化料量5%左右的盐酸，通入开口蒸汽，煮沸2小时。这时，混在炭中的杂质与盐酸发生反应，原来不溶于水的氧化铁和氧化钙等杂质，变成氯化铁和氯化钙的水溶物，随水除去。酸处理后，将桶内酸水放出，用热水连续漂洗数次，水温要保持在60摄氏度以上。由于过量盐酸不容易被水洗净，故加入适量的纯碱中和，并调整桶内水溶液的pH值在7-8。再用开口蒸汽加热15分钟左右，将水放出。再用热水连续洗涤，至炭中氯根含量小于0.16%为止。总的水洗时间为4-6
40、小时。,、后处理（改性）,低灰分活性炭可用水、盐酸或硝酸洗涤，去除一些杂质。用于精细化学品、药物、催化剂、催化剂载体的活性炭，需要特殊的充分洗涤。浸渍：活性炭的浸渍是针对特定用途的一种后处理。(1)用于防护毒气的活性炭铜盐和铬盐浸渍。(2)用于去氮的活性炭以锌盐浸渍。(3)用于从含氧气体中去硫化氢、从废气中去汞蒸气的活性炭以碘化合物处理。(4)用于提取核装置发生的放射性甲基碘和其他气体的活性炭也以碘化合物处理。,(5)用于将硫化氢和甲醛氧化为无毒物的活性炭以二氧化锰浸渍。高温下甲醛不氧化到甲酸，而直接生成二氧化碳。(6)用于从低氧的气体混合物中除去二价化合物的活性炭以铁盐浸渍，再加热转变为三价
41、的氧化铁。(7)用于从天然气、氢气和其他气体中消除汞蒸气的活性炭以元素硫处理。(8)用于饮用水净化的活性炭以银盐浸渍。(9)用于各种目的的催化剂的活性炭以贵金属化合物浸渍。例如涂钯的活性炭是典型的氢化催化剂。(10)用于矿物油中硫醇的氧化的活性炭以酞菁钴浸渍。,、离心脱水 漂洗好的炭用水从漂洗桶冲入贮炭槽中。采用卧式活塞推料离心机使活性炭的含水率降到60%-65%。操作时，先开动砂泵，将贮炭槽中的漂洗炭和水一起泵入高位炭槽中，然后开动高位炭槽的搅拌机，使炭与水混合。再开动离心机，待离心机运转平稳后，打开高位槽底部阀门，让炭水进入离心机进行脱水。炭送往干燥，而甩出的水含有许多细炭，经沉淀回收细炭
42、后再排放废水。,、干燥 干燥的目的是使活性炭的含水率降低到10%以下。干燥的方法很多，较常用的是回转干燥炉。回转体由钢板制成，圆筒体直径约1米，长7米，安装于加热炉内，用烟道气间接加热。湿炭由加料口的一端进入筒体内，由于筒体的倾斜度和转动使物料向前移动，至出料口连续卸出。回转干燥炉内的料温要求在120-130。操作时，要根据炉温控制加料量，防止干炭出现火星。这种干燥炉因炭粒能在筒体内翻动，干燥速度较快。另外，干燥炉采用间接加热，避免了炭与干燥介质直接接触，因而减少了炭被污染的可能性。,、粉磨 粉磨的目的是为了增加活性炭的外表面积。常用球磨机粉碎到120-200目。定型的球磨机是连续进料和出料，
43、一般根据产品的颗粒度来调整进料量。为了避免活性炭在球磨过程中增加铁含量，一般球磨机内镶衬一层硬木板，并采用卵石或瓷球粉碎。有些工厂，也采用雷蒙粉碎机进行粉磨。,、主要原材料消耗定额及产品质量标准 氯化锌活化法生产1t粉状活性炭的主要原材料消耗定额,回转炉不大适应粘性物料的生产，因为粘性物料在炉内结瘤、阻塞物料运动，防碍生产正常进行，生产出的产品质量均匀性不够。除回转炉以外的各种炉子，炭化和活化分开进行，生产能力低，机械化程度低，批量间断生产，产品质量不均匀。,B：氯化锌活化法生产颗粒活性炭,与粉末活性炭不同之处,木屑原料选用粉碎通过180目并气流干燥。木粉与ZnCl2液按一定的配比混合，性能要
44、求不同的锌屑比在80-150%调整，在带搅拌器的搅拌机内拌机30min，使ZnCl2渗透均匀，拌和料送螺旋挤出机，（卸掉花板)进行塑化、捏合。利用螺旋挤压产生热使物料融熔塑化，然后再加付助粘结剂捏合成膏料，再送出挤出机，按碳粒直径要求装上花板挤成规格炭条要求炭条挺直、光滑、不粘不软，否则将影响产量质量，炭条及时送窑炭化、活化。每次进一盘料，出一盘料，间隔30min，活化温度460-500。然后送往回收，在7个回收罐内回收萃取出ZnCl2稀溶液循环回用。40波美以上浓锌液送配料用0波美放出。漂洗缸中酸煮去铁，然后用热水不断漂洗至符合要求。用烘房烘至含水5%，包装。,在ZnCl2 活化法制备活性炭
45、的过程中，污染主要有两方面：一是废气污染；二是废水污染。一个年产活性炭600 t 的工厂，每年被大气带走的ZnCl2 可达100 t，从废水中带走的ZnCl2约占总损失量的2/3，因此必须对废气、废水进行回收处理。,7、氯化锌活化法的环境保护,、氯化锌活化法的废气处理,含氯烟气排入大气，使得环境污染严重。如果不加回收，进入大气少，厂区四周草本不生，造成酸雨、土地和水源也遭到污染，腐蚀附近厂房，影响农业牛产，损害居民健康。氯化锌等含氯气体污染车间，工人劳动强度大、生产条件差，易患呼吸道损伤等职业病。氯化锌活化法废气处理流程如下：,废气回收 根据氯化锌活化法的特点，在回转炉中会产生大量的水蒸汽，氯
46、化锌和氯化氢的气体和炭尘，它们随烟气带出炉外。据估计一个年产600吨的活性炭的回转炉每午带出的氯化锌可达100200吨，氯化氢约85吨。,p475,废气回收工艺流程：炭尘、氯化锌、氯化氢和大量水蒸汽的烟气，经烟道、沉降室和波形烟道等多级除尘和自然冷却，温度降至120以下，绝大部分炭尘被除去，再进入汽液分离器，一部分氯化锌和水蒸汽等形成的雨滴，经过折流旋转被分离，剩下的少量炭尘也被分出。烟气的温度进一步降至100左右，再进入冷凝器中冷凝，使烟气的温度降至50以下，绝大部分的水蒸汽、氯化氢和氯化锌被冷凝，得到低浓度的氯化锌和盐酸溶液，送中和浓缩工段进一步加工。从冷凝器出来的烟气还含有少量的盐酸雾沫
47、和氯化氢，己无回收价值。但为了不让它排入大气和腐蚀设备，在排空前让它经文丘里用水喷洗，再经档复式粉沫分离器和吸收塔进一步除去酸性雾沫，最后进入罗茨抽风机排空。为防止风机腐蚀，在它的转子上包一层玻璃钢。,、氯化锌活化法的废水处理,废水的特点：低的COD、BOD高的氯化锌，盐酸等无机盐易处理，无机盐含量，国家无标准。回用二次废水，土地盐碱化，,p475,（二）、磷酸活化法生产活性炭,以化学品磷酸为活化剂。炭化的或未炭化的含碳物作起始原料。例如将研细的锯屑和磷酸混成浆状，在转炉中加热到400-600，洗涤、干燥得活性炭。逆流洗涤回收磷酸，有时中和后回收磷酸盐。一般较氯化锌法的活性炭具有更细的细孔。也
48、可采用磷酸和水蒸气联合活化法。近年磷酸活化法趋向广泛应用。,1、磷酸的物化性质分 子 式：H3PO4 分 子 量：98执行标准：GB2091-2003(工业级)GB3149-2003(食品级)性状：无色透明的粘稠状液体。比重1.70，溶于水并放热，经高温加热便失水成焦磷酸和偏磷酸，长时间受冷即生成结晶，有腐蚀性，易吸湿，密封保存。纯净的磷酸是无色晶体，熔点：42.4，沸点：260,高沸点酸。相对密度（水=1）1.87。饱和蒸汽压0.67kPa（25），可与水以任意比互溶。市售磷酸试剂是粘稠的、不挥发的浓溶液，磷酸含量83-98%。磷酸为中强酸，其酸性比硫酸、盐酸和硝酸等强酸弱，但较醋酸、硼酸等
49、弱酸强；无臭，味很酸（用做食品调味）；易溶于水，溶于乙醇。,遇金属反应放出氢气，能与空气形成爆炸性混合物。受热分解产生剧毒的氧化磷烟气。具有腐蚀性 蒸气或雾对眼、鼻、喉有刺激性。口服液体可引起恶心、呕吐、腹痛、血便或体克。皮肤或眼接触可致灼伤。浓磷酸在瓷器中加热时有侵蚀作用；有吸湿性。,2、基本原理与工艺,基本原理：磷酸与氯化锌一样具有催化水解、催化脱水、催化炭化的作用，但其催化炭化的机理与氯化锌不同；磷酸活化的制孔机制与氯化锌相同都为铸型机制；基本工艺：磷酸活化法都能制备粉状与颗粒状活性炭，但磷酸活化法更有利于制备颗粒活性炭；磷酸活化的工艺流程和设备都与氯化锌活化法相似；磷酸活化的温度比氯化
50、锌活化所需的温度低。,3、磷酸法木质活性炭生产、研究现状国内磷酸法木质活性炭生产工艺的研究重点是：(l)、用各种废弃物为原料，特别是以农产品加工过程中的废渣、秸杆等为原料，生产出适合不同需求的活性炭产品，同时也达到了废物利用。(2)、改变生产条件，提高活性炭的质量，如改变浸泡时间、改变浸渍液磷酸的浓度、添加一种或几种催化剂、调节炭化与活化的温度和时间等。,(3)、严格生产工序以降低活性炭的灰分，主要措施有：a.控制原料的外来杂质；b.控制水的硬度不能太高；C.定期对循环使用的磷酸梯度液进行处理，提高配料液的纯度；d.增加酸洗工序；e.选用耐酸材料；f.控制活化料温度不得过高，最好不要超过600
