制备活性炭的原料和方法

　　制备活性炭的原料和方法
　　活性炭是一种微晶碳材料，外观呈黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大，吸附能力强。它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体。
　　制备活性炭的原料
　　活性炭的结构特征取决于前驱体的性质、原料的炭化、活化和化学调节条件。选择合适的原料是影响活性炭性能的重要因素。活性炭可以由各种类型的碳质材料制备，并且原料可以广泛获得，并且可以分为以下几类:

　　有机聚合物，如萨兰树脂、酚醛树脂、多元醇等。
　　植物主要利用植物的坚果壳或果仁，如核桃壳、杏仁、椰子壳等。
　　煤及其衍生物，如各种不同煤化程度的煤及其混合物。
　　一般来说，低灰分、高含碳量、尽可能低挥发是活性炭的Z佳原料。比较好的原料主要是煤(褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤)、木材、贝壳。
　　煤因来源广、价格低、制备工艺相对简单而被广泛使用。煤的主要成分是碳，碳具有活跃的表面化学性质，孔隙率高，比表面积大。其多孔结构有利于制作活性吸附材料。德国、日本、美国、俄罗斯和中国在煤制活性炭的技术开发方面做了大量的研究并取得了一定的成果。
　　一种活性炭的制备方法
　　活性炭的制备方法主要分为碳化法、活化法、积碳法、热收缩法和其他方法。
　　一般来说，制备活性炭的基本流程如上图所示，其中预处理、活化和积碳是可选步骤。
　　1、碳化法
　　定义:将含碳原料置于惰性气氛中，在适当的热解条件下获得碳化产物的方法。
　　基本原理:基于加热过程中各种基团、桥联、自由基、芳香环的复杂分解和聚合反应，表现为炭化产物的孔隙发育、孔径扩张和收缩。在碳化过程中，含碳原料中的热不稳定组分以挥发物的形式出来，从而在半焦上留下孔隙。
　　应用:适用于高挥发性原料，这是所有其他方法的基础。影响炭化过程的主要因素是升温速率、炭化温度和恒温时间。一般升温速率为5~15℃/min，炭化温度多为500~1100℃，恒温时间为0.5~2h。
　　2.活化法
　　定义:通过在活性介质中温和加热碳质原料来扩大其孔径的方法。
　　基本原理:基于含碳原料中部分碳的烧失，可以打开封闭的孔隙，使孔隙结构发达，孔径达到所需范围。常用的活化剂有空气、CO2、蒸汽、H3PO4、KOH、NaOH等。在工业实践中，简单且容易获得的蒸汽经常用于活化。
　　用途:适用于孔隙率小、挥发份低，或孔隙率高但孔径小的含碳原料。
　　3.碳沉积
　　定义:是指在高温下，通过烃类或高分子化合物的裂解，使碳沉积在多孔材料的孔隙中，从而达到堵塞和调整孔隙的作用。
　　特点:工艺复杂，操作条件苛刻，实际生产成本高。碳沉积通常分为气相沉积(CVD)和液相沉积(LVD)。对于气相沉积工艺，反应炉内气体浓度比较均匀，可以有效控制孔径，但缺点是需要增加沉积气源发生器和调节流量，不利于操作；液相沉积工艺要求低，操作简单。
　　4、热收缩法
　　定义:热缩聚是指碳质材料经炭化、活化后，在1000~1200℃的高温下进一步热处理，以达到减小孔径目的的过程。
　　5.其他方法
　　还有一些制备活性炭的新工艺和新方法，如等离子体法、卤化法、模板法、微波加热法等。在生产活性炭的实际过程中，为了获得性能优异的活性炭，通常将上述方法组合应用。