活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭顆粒用各種粘合劑制成，主要是測試粘合劑對煤質活性炭的作用。

　　活性炭的生產基于天然，有機的聚合物結構原料，主要原料是硬煤。這種類型的原料的碳化產物由微孔度來描述，微孔度取決于有機材料的性質和碳化機理而發展為變化的大小。微孔的存在是由于石墨烯層包(即微晶)的尺寸小和相互之間的隨機取向的結果。但是，對于大多數煤質活性炭應用而言，這種自然孔隙率是不足夠的。因此，活化是由于特殊的物理化學處理而在無孔起始材料中產生孔隙的過程。通過加寬現有的孔并提供封閉的孔隙度，可以顯著增加微孔含量。

　　活性炭是通過熱化學工藝從原材料中產生的。世界上常見的生產活性炭的方法之一就是所謂的物理活化。它包括兩個階段，即有機原料的碳化和隨后通過用氣態劑(可以是水蒸氣或二氧化碳)對碳材料進行部分氣化來進行適當的活化。下一步是使用合適的粘合劑制粒，這將確保顆粒的正確尺寸，耐用性，機械和化學強度以及耐高溫性。粘合劑應該是中性的，不能從顆粒中洗掉。它不應浸入處理過的水中或引入對其有潛在危險的物質。這次我們的研究的目的是驗證由于其物理性質和制造永久活性炭顆粒的有效性。該研究涉及在造粒和干燥過程中根據操作條件使用的所有粘合劑。

　　活性炭顆粒制造和測試過程

　　用于進行研究的由硬煤地層生產活性炭的過程分為四個步驟，包括：制粒(使用合適的粘合劑)，干燥，碳化和活化。原料以900kg/h的量的顆粒形式引導至干燥過程。將干燥的顆粒以800 kg/h的量導入碳化過程。碳化后，將300 kg/h的顆粒送入活化過程。考慮到整個生產線的能源效率：干燥過程吸收了大約丙烷/丁烷氣30立方米/小時，碳化過程是自熱的，活化過程最多消耗30立方米/小時的丙烷-丁烷氣。測試包括五次重復測試。用于測試的實驗臺充分利用了質量控制部門的實驗室，包括：調節器，造粒機，馬弗爐，實驗室碳化和活化爐以及實驗室干燥器。實驗中使用的粘合劑：焦油，甜菜糖蜜，甘油水溶液，妥爾油。

　　各種粘合劑對活性炭造粒的作用

　　據觀察，使用糖蜜作為粘合劑的活性炭顆粒具有很高的反應性，經過熱處理過程(即碳化和活化)后，可以冷卻顆粒而沒有空氣進入，否則它們會發光并被焚燒。在干燥過程中，水分與輕質烴一起蒸發會導致重量減輕。在通過進行了活性炭生產實驗，證明碳化過程中的重量損失是由于煤和粘結劑中揮發物的蒸發和氧化而產生的，這也確保了過程的能量自給自足。

　　經過研究表明，使用糖蜜作為粘合劑，由活性炭衍生的幾種載體可以滿足所有質量要求，而與測試的其他材料相比，這些載體的吸附性能非常高。這些還滿足第二次甘油水溶液測試的所有要求。在實驗室樣品中，妥爾油樣品和在第二次甘油水溶液試驗中獲得的樣品的反應性最低，這在生產條件下也需要最長的活化時間。所有活性炭的特征是在120分鐘內相對于氯化苦的動態活性。用糖蜜粘合的活性炭比其他粘合劑擁有更長的時間。它們均具有相對于氯乙烯的動態活性的規范參數，而在按碘值(G/I)測試計算的制粒和吸附過程(制粒過程時間)中，其處于較低要求之內。對于含糖蜜粘合的顆粒活性炭，觀察到的高G/I值為40.3分鐘。

　　活性炭用各種粘合劑制成顆粒的測試結果如下：

　　1、在制粒和干燥過程中，當使用妥爾油并向焦糖槽中添加焦油時，會發生放氣和有害的工作條件。

　　2、就操作條件而言，有優勢的是甘油水溶液作為粘合劑。

　　3、以糖蜜為粘合劑的活性炭顆粒具有很強的反應性，在熱處理過程之后，不能接觸空氣需要密閉冷卻，否則它們會發光并被焚化。

　　4、活性炭的磨損率不超過1%，但妥爾油測試的磨損率僅為1.3%。

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