不同组合工艺制备活性炭的对比

2022-09-02张崇军

现代工业经济和信息化 2022年7期

张崇军

（山西兴新安全生产技术服务有限公司，山西太原 030000）

引言

活性炭作为一种吸附剂，鉴于其具有丰富的孔结构、较高的表面活性和吸附能力被广泛应用于人们的日常生产和生活中。而且，在当前全国号召保护环境的大形势下，对活性炭的需求量越来越大，活性炭的应用领域越来越广，对活性炭的性能要求也越来越高[1]。一般情况，活性炭通过物理或化学方法制备所得，在大量需求的情况下，对活性炭的制备效率和成本要求越来越高。本文将通过实验的形式重点开展不同组合工艺制备活性炭的研究。

1 实验设计

本文实验研究所选用制备活性炭的原料为竹屑，采用元素仪对竹屑的成分进行检测，检测结果如表1所示。

表1 竹屑的主要元素组成

本次实验分别对基于磷酸和氯化锌、磷酸与氢氧化钾两种制备活性炭的工艺进行对比，涉及到的实验仪器包括有回转电阻炉、人工智能温控仪、鼓风干燥箱、离心沉淀器、分光光度计和红外光谱仪等。制备活性炭的实验装置如图1 所示。

制备工艺如下：

1）将竹屑和活化剂充分混合后经浸渍、一次活化、水洗等工序后得到一次活化物。

2）将一次活化物与活化剂充分混合后再次经过浸渍、二次活化、酸洗、水洗以及干燥等工序，最终得到活性炭[2]。

在制备之前需要对竹屑原料进行预处理，主要是将其置于110 ℃的烘箱中保持2 h。将原料从烘箱中取出，并置于恒重的坩埚中。实验过程中的温度采用智能温控仪进行控制，通过60 L/min 的氮气进行升温操作，保证温升速度为10 ℃/min。

2 制备活性炭工艺参数的确定

为对比磷酸与氯化锌和磷酸与氢氧化钾两种工艺制备活性炭的效果，分别采取制备工艺的最佳参数进行研究。

2.1 基于磷酸与氯化锌制备活性炭最佳工艺参数的确定

磷酸作为一种中强酸，基于磷酸的特性为保证其活化的效果，将其加热温度控制在400～500 ℃，而氯化锌的活化温度控制在550～650 ℃，活化时间控制在20～60 min。浸渍率、活化温度、活化时间以及浸渍时间为基于磷酸和氯化锌制备活性炭的关键工艺参数[3]。基于单因素变量法确定最佳的工艺参数。

2.1.1 磷酸浸渍时间对活性炭性能的影响

设定氯化锌的浸渍时间为0 h，浸渍率为150%，活化温度为400 ℃，活化时间为30 min。磷酸的活化温度为500 ℃，活化时间为30 min。分别对磷酸浸渍时间为0 h、6 h、12 h、18 h 和24 h 对应活性炭的性能进行对比，主要对活性炭的亚甲基脱色力和碘吸附值进行对比，对比结果如表2 所示。

由表2 可知，磷酸浸渍时间对所得活性炭的亚甲基蓝脱色力和碘吸附值两项性能的影响不大。但是，可通过对磷酸浸渍时间进行控制以降低活性的灰分值。

2.1.2 氯化锌浸渍时间对活性炭性能的影响

设定磷酸的活化温度为500 ℃，活化时间为30 min，浸渍率为150%。氯化锌活化温度为400 ℃，活化时间为30 min。分别对氯化锌渍时间为0 h、6 h、12 h、18 h 和24 h 对应活性炭的性能进行对比，主要对活性炭的亚甲基脱色力和碘吸附值进行对比，对比结果如表3 所示。

由表3 可知，氯化锌浸渍时间对所得活性炭的亚甲基蓝脱色力和碘吸附值两项性能的影响不大。但是，可通过对氯化锌浸渍时间进行控制以降低活性的灰分值。

综合分析，最终确定氯化锌的最佳浸渍时间为12 h，磷酸的最佳浸渍时间为6 h。

同理，分别得出基于磷酸与氯化锌制备活性炭的最佳工艺参数为：浸渍率为180%，氯化锌的活化温度为600 ℃，活化时间为25 min。磷酸的活化温度为450 ℃，活化时间为30 min。