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。
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。
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。
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。