粘结剂法
添加粘结剂主要是为了解决原料自身无粘结性,成型困难,产品强度、表面光滑度不理想等问题的成型活性炭的制备。粘结剂的种类和用量,很大程度上影响着活性炭的强度和吸附性能。加入粘结剂,往往使颗粒活性炭的部分孔隙堵塞,造成机械强度提高的同时其吸附性能降低。常用粘结剂有煤焦油、淀粉、木焦油、亚硫酸纸浆废液、粘土、废糖蜜、羧甲基纤维素、树脂类等。
煤具有含碳量高、资源丰富、价格低廉等优点,广泛用于颗粒活性炭的制备原料。当前,制造煤质颗粒活性炭所用的原料煤都是无粘结性和弱粘结性的煤,如无烟煤、弱粘煤、褐煤等,因此均需要在原料煤中添加一定数量的粘合剂,使之压制成型。
贺德留等发明了磷酸法生产木质无定形颗粒活性炭技术,通过对原料(主要是果壳、果核)的预粉碎、浸泡、浮分及低温下干燥炭化处理,活化后可得具有较高强度和吸附力的产品。结果表明,原料粒度为 20 ~ 40 目有利于活化剂的渗透,相比氯化锌法,提高了无定形炭的强度,且碘值>950 mg/g,B 焦糖色>,相比物理法其生产成本降低了 40%。
化学活化法自成型制备颗粒活性炭,是在碳质原料中加入一定数量的化学药品,进行充分捏合塑化产生焦油等胶黏和增塑性物质,无需另加粘结剂即可成型,经加热炭活化一步完成的制备方法 。制备颗粒活性炭使用的化学药剂主要有 ZnCl2、H3PO4 、KOH、NaOH、H2SO4、CaCl2、K2CO3等。不同的化学活化剂,对原料的活化机理各不相同。
通过对活性炭对挥发性及有机物的吸附效果进行对比得出以下结论:
活性炭对挥发性有机物与可提取有机物吸附有着较大的差别。挥发性有机物随分子量的增大,其吸附效果越好,而可提取有机物随分子量的减小,其吸附效果越好。这主要是由于挥发性的有机物主要是一些极性比较小的有机物,而可提取的有机物是极性比较大的有机物,活性炭本身可以看作是一个非极性吸附剂,对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质的吸附能力。而且,吸附质分子大小与活性炭呈一定比例时,有利于吸附。对于极性较小的分子,分子量越大,越有利于吸附。
主要结论:活性炭对水体中各种有机物的吸附有非常大的竞争性,其对各种有机物吸附量的大小不仅与有机物的分子结构有关,而且与水体中有机物种类的多寡有关。同时,对于挥发性有机物与可提取有机物,它们在活性炭上的吸附量与分子量的大小关系截然相反。可提取有机物随分子量的增大,其吸附性能减弱;而挥发性有机物随分子量增大起吸附性能亦增大。
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