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蜂窝活性炭的制备方法

时间:2018/4/22 12:04:16

目前,常用的蜂窝活性炭的制备方法是涂载法和整体挤出成型法。

1)整体挤出成型法

挤出成型是目前国内外制备蜂窝活性炭普遍采用的一种成型方法。此法是将含炭材料、粘结剂和无机添加剂混合后通过模具挤出成型,然后将成形体在一定温度下干燥,固化使块状结构稳定,最后进行炭化(炭化主要在惰性气体下进行,常用的惰性气体是氮气),活化(活化分为物理活化和化学活化,常用的物理活化剂有二氧化碳、水蒸气和氧气,化学活化剂有氯化氢、硫酸和氢氧化钾)。可用于制备挤出成型蜂窝活性炭的含炭材料有酚醛树脂、活性炭、焦炭粉等。该方法制备的蜂窝活性炭由于其结构可调性较好,并能灵活调控孔径分布、孔密度和机械强度,在工业中使用的较为广泛。

根据挤出成型所运用的原材料不同,可将此工艺分为3种。

①直接用炭质前驱体进行成型,然后经过干燥、炭化及活化制得蜂窝活性炭。

该方法在进行炭质前驱体成型时,原料与黏结剂的使用会根据不同条件确定。当使用无黏性或弱黏性原料时,可在原料中添加黏结剂,常用的粘结剂如甲基纤维素、酚醛树脂、煤焦油等。将原料与黏结剂混匀后,将其捏合、挤压,从而制备出完整的蜂窝体结构。当使用黏结剂较强的原料时,可以不添加黏结剂,直接添加水,经过混合、捏合、挤压便可制备出成型的蜂窝体结构,这种方法虽然没有添加黏结剂,但是利用具有黏结剂的原料,在炭化时,原料可在热解阶段形成气-固-液三相胶质体,将原料相互黏结成块,起到高温粘结剂的作用。目前配煤法是研究比较多的无添加黏结剂制备蜂窝活性炭的方法。

②以粉末状活性炭经过成型、干燥、炭化和活化,制备蜂窝活性炭。

此方法是以活性炭炭粉为原料,添加黏结剂、粘土等,经过混合、捏合和挤压等工序制备蜂窝活性炭。此法制备的蜂窝活性炭只需在较低温度下热处理就可以(一般在300℃下),所制得的蜂窝活性炭比表面积损失小、烧失率小、机械强度高。由于不需要炭化、活化等工序,制备方法简单,耗能小,因此在工业生产中的应用潜力巨大。

③混合原料经过成型、干燥、炭化和活化制备得到的蜂窝活性炭。

将几种炭前驱体混合均匀后添加少量或不添加黏结剂,经过捏合,挤压出蜂窝体,再经炭化、活化制备出蜂窝活性炭。该方法相对复杂,但由于原料来源广泛,是制备特种蜂窝活性炭使用较多的技术路线。

蜂窝活性炭

2)涂载法

涂载法是以蜂窝陶瓷为载体,在其上面涂载液体含炭物质,经过干燥、炭化和活化等步骤制备蜂窝活性炭。具体可分为两步:

第一步蜂窝陶瓷的制备。将原料与黏结剂混合均匀后,加水捏合成具有较高可塑性的泥料,将此泥料通过模具挤出成型,然后通过干燥,最后在高温下煅烧成多孔结构。常用于制备蜂窝陶瓷的材料有菫青石、三氧化二铝、粘土、莫来石等。

第二步含炭材料的涂载。将制备好的多孔陶瓷浸入液体含炭材料中,如酚醛树脂、聚乙烯、煤焦油、沥青等,浸入其中一段时间后经过干燥、固化、炭化和活化从而制得具有蜂窝状结构的炭材料。利用涂载法制备的蜂窝活性炭继承了蜂窝陶瓷强度高、孔隙大、压降低等优点使其适合作为化学反应的催化剂载体。但是涂载法制得的蜂窝活性炭是由蜂窝骨架和含炭材料组合而成,耐磨性较差,在工业应用中易出现炭质涂层成片脱离,堵塞载体通道,使压降急剧升高等问题。因此,涂载法在工业中的应用受到很大的限制。

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