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活性炭制作工艺流程及用途详解
来源: | 作者:丛森 | 发布时间: 2025-07-04 | 38 次浏览 | 分享到:
活性炭作为一种具有高度发达孔隙结构和巨大比表面积的吸附材料,在工业生产、环境保护、日常生活等众多领域有着广泛应用。了解其制作工艺流程,有助于我们更好地认识这种材料的特性,而明晰其用途,则能让我们感受到它在现代社会中的重要价值。
活性炭制作工艺流程
原料选择与预处理
活性炭的制作原料十分广泛,常见的有木质原料(如木屑、果壳,椰壳尤为常用)、煤质原料(无烟煤、烟煤等)以及各种含碳的工业废料。不同原料制作出的活性炭在性能上存在差异,例如椰壳活性炭孔隙结构发达,吸附性能优异;煤质活性炭成本较低,适用于大规模工业应用。
选定原料后,需进行预处理。对于木质原料,通常要先去除杂质、进行干燥处理,将水分含量降低至合适范围,一般控制在 10% - 15% 左右,以确保后续工艺顺利进行;煤质原料则需要破碎、筛分,使其粒度符合生产要求,常见的粒度范围在 2 - 5mm 之间。
炭化

炭化是将预处理后的原料在隔绝空气或有限供氧的条件下进行加热处理,温度一般控制在 300℃ - 600℃ 。在这个过程中,原料中的水分、挥发分逐渐析出,有机物发生分解、缩合等反应,形成初步的炭质结构。以椰壳为例,炭化后椰壳中的木质素、纤维素等成分分解,生成具有一定孔隙结构的炭化物,为后续的活化步骤奠定基础。炭化过程会使原料重量减轻、体积收缩,同时提高原料的固定碳含量。

活化
活化是制作活性炭的关键步骤,其目的是进一步扩大炭化物的孔隙结构,增加比表面积。常用的活化方法有物理活化法和化学活化法。
  • 物理活化法:将炭化物在高温(800℃ - 1000℃)下与水蒸气、二氧化碳等活化气体接触。这些活化气体与炭化物表面的碳原子发生化学反应,刻蚀炭表面,形成丰富的微孔结构。例如,水蒸气与炭反应生成一氧化碳和氢气,不断侵蚀炭表面,使孔隙不断扩大和延伸,*终形成发达的孔隙体系。物理活化法制作的活性炭孔径分布较为均匀,吸附性能稳定。

  • 化学活化法:在原料炭化前或炭化后,加入化学药剂(如氯化锌、磷酸、氢氧化钾等)进行活化。化学药剂能与原料中的碳发生作用,促进孔隙的形成和发展。以氯化锌为例,它在高温下会渗入原料内部,阻碍碳的热解和缩合,同时起到催化脱水作用,使原料在较低温度下形成更多的孔隙。化学活化法制作的活性炭比表面积更大,吸附性能更强,但化学药剂的残留可能会对环境造成一定影响,需要进行后续的清洗处理。

后处理

活化后的活性炭还需要进行后处理工序。首先是清洗,通过大量的水冲洗,去除活性炭表面残留的活化剂、杂质以及反应生成的副产物,确保活性炭的纯度。对于化学活化法制作的活性炭,清洗尤为重要,需将化学药剂残留量降低到符合相关标准。清洗后的活性炭进行干燥处理,使其水分含量降低到 5% 以下,以便于储存和运输。此外,根据不同的应用需求,还可能对活性炭进行造粒、筛分等处理,使其粒度符合特定产品的要求。

活性炭的用途
工业领域
在化工、石油、食品等工业生产中,活性炭常用于产品的精制和提纯。例如在制药行业,活性炭可用于去除药物溶液中的色素、异味物质以及杂质,提高药品的纯度和质量;在制糖工业中,能够吸附糖液中的有色物质和胶体杂质,使糖液得到脱色和净化,生产出高品质的白糖;在石油化工领域,活性炭可用于气体脱硫、脱臭,去除石油产品中的有害物质,提升产品品质。
环境保护
活性炭在环境保护方面发挥着巨大作用。在水处理领域,它可以有效去除水中的有机污染物、重金属离子、余氯等有害物质。无论是生活饮用水的净化,还是工业废水、生活污水的深度处理,活性炭都能显著提升水质。在大气污染治理中,活性炭常用于吸附废气中的有害气体,如二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物(VOCs)等。例如在汽车尾气净化、工业废气处理装置中,活性炭能够吸附污染物,减少有害气体排放,改善空气质量。
日常生活

在日常生活中,活性炭也随处可见。常见的家用净水器中,往往会装填活性炭滤芯,用于净化自来水,去除水中的异味和部分有害物质,为家庭提供更安全健康的饮用水。在室内空气净化方面,活性炭制成的空气净化包、空气净化器滤芯等产品,可以吸附空气中的甲醛、苯、异味等污染物,改善室内空气质量,营造舒适的居住环境。此外,活性炭还可用于制作冰箱除味剂,去除冰箱内的食物异味,保持冰箱内空气清新。

其他领域
在医疗卫生领域,活性炭可作为药物载体,用于药物缓释和定向输送;在军事领域,活性炭被用于制作防毒面具的滤毒罐,吸附有毒气体,保护士兵安全;在农业领域,活性炭可用于土壤改良,吸附土壤中的有害物质,改善土壤结构,提高土壤肥力。
活性炭从原料到成品的制作过程凝聚了众多工艺环节,而其多样化的用途更是彰显了它在现代社会各方面的重要地位。随着科技的不断进步,活性炭的制作工艺将不断优化,其应用领域也将进一步拓展,为人类社会的发展和环境保护作出更大贡献。