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蜂窝活性炭制备中为什么会开裂?

时间:2018/5/11 9:55:23

蜂窝活性炭是一种单通道、整体式吸附剂和载体材料,具有气流分布均匀、床层压降小、空隙结构发达、比表面积大和抗酸碱腐蚀性强等优点。蜂窝活性炭广泛应用于挥发性有机物吸附处理、烟气低温脱硝处理和烟气脱硫处理等方面。

蜂窝活性炭最简单的制备方法是挤压法,由含炭脊性料经塑化剂塑化后挤压成型、干燥、炭化和活化处理即得到蜂窝状活性炭。

蜂窝活性炭

研究表明,含炭脊性料可用煤炭、糠醛渣和树脂等可炭化材料,也可直接用活性炭。直接以活性炭为原料,湿蜂窝体干燥后再经惰性气氛焙烧即可;而以可炭化料为原料,干燥后的蜂窝体必须经炭化、活化两次高温处理。因此,以活性炭为原料,采用挤压法制备蜂窝活性炭是节能、环保的制备方法。但活性炭微孔结构发达,饱和吸水量大,塑化时须添加大量水以提高泥料的可塑性,易造成湿蜂窝体干燥时变形、开裂,制约成品率。干燥开裂是制备蜂窝活性炭的技术瓶颈,研究蜂窝活性炭干燥开裂的原因对提高成品率具有重要意义。

我公司通过实验室研究,考察了干燥方法、液固质量比、粘结剂及泥料陈化时间对蜂窝活性炭干燥开裂的影响。结果表明:

1、干燥方法是蜂窝活性炭开裂的原因之一

蜂窝活性炭自然干燥成品率的变化范围较大,热风干燥的成品率较低,微波干燥的成品率较高,且干燥时间短。

蜂窝状活性炭自然干燥的速率由气温和相对湿度控制,气温高、相对湿度小时,干燥速率较大,但坯料内外干燥收缩差异也大,成品率较低;气温低、相对湿度大时,干燥过程缓慢,坯料内外干燥收缩差异较小,成品率相对较高,但干燥时间长。

蜂窝型活性炭热风干燥由于温度梯度和湿度梯度(水分的内扩散方向)方向相反,在干燥开始阶段,坯体壁面和热风入口侧坯体端面的温度高于坯料内部温度,水分外扩散快,内扩散慢,壁面内外和坯体两端面的干燥收缩差异大,容易出现外壁开裂和口裂,成品率比较低。

蜂窝炭微波干燥使坯料内外同时受热,加热速率快,且水分蒸发使肇面温度低于坯料内部温度,温度梯度和湿度梯度方向一致,故干燥时间短,成品率高。

2、液固质量比是蜂窝活性炭开裂的原因之二

蜂窝活性炭随着液固质量比的增加,蜂窝炭挤出成型状况得到改善,但液固质量比过高,蜂窝炭弯曲变形严重。此外,在保证蜂窝活性炭成型状况良好前提下,增加液固质量比对干燥开裂的影响并不明显,原因是活性炭材料具有发达的微孔结构,大量自由水在干燥时可通过毛细管快速扩散出去,削弱了坯体内外干燥收缩的不均匀性。最佳的液固质量比为0.91。

3、粘结剂是蜂窝活性炭开裂的原因之三

无机粘结剂海泡石的湿坯成型能力较强,干燥制品的成品率较高。干燥制品(蜂窝活性炭)成品率随海泡石添加量增加呈现先增加后下降的趋势。因为,海泡石量增加,活性炭泥料的可塑性提高,干燥制品成品率随之提高,但海泡石量增加到一定值,活性炭在干料中的比例明显减少,而海泡石的空隙率远小于活性炭,使湿坯的毛细管排湿能力下降,干燥开裂趋势增加,干燥制品成品率下降。

有机粘结剂纤维素醚对蜂窝活性炭的成型能力较强,干燥制品成品率较高,其次为聚乙烯醇和腐殖酸,淀粉的成型能力最差,且干燥制品全部开裂。干燥制品成品率随有机粘结剂添加量的增加而增加。增加聚乙烯醇和腐殖酸添加量,干燥制品成品率增加幅度较小;增加纤维素醚添加量,干燥制品成品率大幅增加,说明纤维素醚能够明显抑制蜂窝体的干燥开裂。有机粘结剂含量过高,烧成产品强度较低,故添加量应适中。

4、泥料陈化时间是蜂窝活性炭开裂的原因之四

蜂窝活性炭泥料陈化时间短,导致坯体失水,颗粒间收缩不均匀性,蜂窝状活性炭干燥开裂。延长泥料陈化时间后,使有机粘结剂充分胶溶,自由水更多以水化膜的形式分布在固体颗粒表面,泥料密度分布更均匀,干燥收缩降到最低,开裂趋势减小,成品率上升

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