超临界水活化褐煤制取活性炭

煤基活性炭制备工艺研究煤基活性炭是一种重要的吸附材料，具有高比表面积、孔隙度大、吸附能力强等优点。

本文对煤基活性炭的制备工艺进行研究。

制备原料：本实验采用的原料为褐煤，煤质为干基灰分12.5%，挥发分45.6%，固定碳34.8%，全硫1.78%，水分1.2%。

制备工艺：将褐煤粉末置于加热炉中进行焦化，焦化过程中，褐煤中的挥发分慢慢被热解出来，同时固定碳逐渐浓缩。

煅烧时分为两个阶段，第一阶段煅烧温度升至300℃，煅烧时间5小时，主要用于除去原料中的水、气态成分和杂质物质。

第二阶段煅烧温度升至800℃，煅烧时间4小时，将固体褐煤焦进行再生，使其分解出一部分孔洞，提高了其比表面积。

在煅烧的第二个时期中，将焦化后的煤粉放置于加热炉中，保持煅烧温度在800℃，加入氮气或水蒸气至2MPa的压力下进行水蒸气或煤气活化。

将煤基原料在800℃高温下气化，使其产生很多孔洞，增加其表面积和孔隙度，提高其吸附性能。

活化后，经水洗、干燥、烘烤后制成煤基活性炭。

控制工艺参数：在煅烧和活化的过程中，要注意控制工艺参数，以保证制备出的煤基活性炭具有较好的吸附性能。

控制的参数主要包括煅烧温度、煅烧时间、流动速率、气氛等。

煅烧温度适合在800℃左右，这样可以保证充分焦化并生成大量活性基团。

煅烧时间在5-6小时内，可以达到焦化的目的。

在活化过程中，气氛要尽量保持惰性气体，以免对煅焦样品产生影响。

流量速率适合在20-30mL/min，可以保证反应充分。

检测煤基活性炭的吸附性能：通过检测制备出的煤基活性炭的吸附性能，可以评价其质量是否合格。

常使用的检测方法有恒重法、氮气吸附法、甲醇蒸汽吸附法等。

其中，氮气吸附法是一种比较直接、简单的检测方法，可以获得煤基活性炭的比表面积、孔径分布、孔体积等指标。

一般来说，制备出的煤基活性炭的比表面积应该在800-1200m2/g之间。

制备活性炭的方法
活性炭是一种多孔性炭材料，具有很强的吸附能力和化学稳定性，广泛应用于水处理、空气净化、催化剂载体等领域。

以下介绍两种常见的活性炭制备方法。

1. 化学活化法：
将含碳的原料（如木材、椰壳、煤炭等）进行预处理，如碎磨、干燥等。

然后在高温下，与化学活化剂（如磷酸、氢氟酸、氯化锌等）进行反应，生成孔洞结构较多的活性炭。

反应通常在600到900的高温下进行，并且需要加入气流来帮助焦化反应。

最后，用水或酸等物质将残留的活化剂洗去，得到活性炭。

2. 物理活化法：
这种方法主要通过高温脱挥发分和二氧化碳气化，形成活性炭的孔洞结构。

具体步骤如下：首先将含碳的原料炭材料进行预处理，如碎磨、干燥等。

然后，在高温下（通常为800到1000）进行气化反应，可以使用水蒸气或二氧化碳作为气化剂，并通过气流加速反应。

反应使材料中的非碳组分脱挥发，从而形成孔隙结构的活性炭。

最后，用水或酸洗去残留的气化剂和其他杂质。

以上是两种常见的活性炭制备方法，不同的方法在活性炭的孔洞结构和吸附性能上可能略有不同，根据具体应用需求选择合适的制备方法。

活性炭的工艺流程
《活性炭的制作工艺流程》
活性炭是一种具有高度吸附能力和化学反应性的碳材料，广泛应用于水处理、空气净化、工业生产和医疗领域。

其制作工艺流程主要包括原料筛选、碳化、活化和粉碎等步骤。

首先是原料筛选，活性炭的原料主要来自于天然材料如木质素、褐煤、泥煤以及石油焦等。

在原料筛选过程中，需要选择具有良好孔隙结构和吸附性能的原料，并通过破碎、筛分等方法，将原料进行初步处理。

接下来是碳化，原料通过高温热处理或者化学方法，将有机材料转化为碳质材料。

碳化过程中，需要控制温度和气氛，以确保原料在恰当的条件下生成高质量的活性炭。

然后是活化，碳化后的材料需要经过活化处理，以增加其孔隙结构和表面积，提高吸附能力。

活化方法主要包括物理活化和化学活化两种，其中常用的活化剂包括氢氧化钾和氢氧化钠等。

最后是粉碎，经过活化处理的活性炭需要经过粉碎工艺，将其粉碎成合适的颗粒大小，以便应用于不同领域的产品制造。

综上所述，活性炭的制作工艺流程主要包括原料筛选、碳化、活化和粉碎等步骤。

通过精密的工艺控制和严格的质量管理，可以生产出高品质的活性炭产品，满足各类应用的需求。

活性炭的制作方法
活性炭的制作主要通过炭化和活化两个阶段完成。

1. 炭化阶段：
(1) 原料准备：选择适合制作活性炭的原料，常见的原料有木材、竹材、椰壳等。

将原料进行破碎、研磨，使其颗粒度均匀。

(2) 炭化处理：将原料放入封闭的炭化炉内，在高温下（通常在700-900摄氏度）进行炭化处理。

这个过程中，原料中的有机物会逐渐被炭化成固体炭。

(3)淬火：炭化结束后，关闭炭化炉，待炉温降至室温时将残留的炭取出，进行淬火处理。

淬火时可以用水或其他液体进行冷却。

2. 活化阶段：
(1) 物理活化：将炭化后的固体炭放入特殊的反应容器中，经过高温高压的条件下进行物理活化。

常用的活化剂有水蒸气、CO2等。

活化剂通过一定的流速通过活化容器，与炭素反应，使其表面积增大。

(2) 化学活化：通过添加一定的化学物质（如碱性化合物）对炭素进行化学反应，从而增强其活性。

化学活化常用于制备高活性的活性炭。

以上就是活性炭的制作方法的大致流程。

不同的制作方法和工艺条件，制得的活性炭性质也会有所不同。

活性炭的制备原料及制备方法活性炭是一种含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料，是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体。

活性炭的制备原料活性炭的结构特性依赖于前驱体的性质、原料的炭化、活化和化学的调整条件。

选择合适的原料是影响活性炭性质的一个重要因素，活性炭可用各种类型的碳质材料来制备，原料来源非常广泛，可分为以下几大类：有机高分子聚合物，如萨兰树脂、酚醛树脂、聚糖醇等；植物类，主要利用植物的坚果壳或核，如核桃壳、杏核、椰壳等；煤及煤的衍生物，如各种不同煤化度的煤及其混合物。

活性炭原料一般以低灰分、高含碳量以及尽可能低的挥发分为最佳。

较好的原料主要是煤（褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤）、木材、果壳。

由于煤来源广泛、价格低廉、制备工艺相对简单而应用较多。

煤的主要成分是碳，表面化学性质活泼，孔隙率高、比表面积大，其多孔结构有利于制成活性吸附材料。

在以煤为原料制备活性炭的技术开发方面，德国、日本、美国、俄罗斯和中国已做了大量的研究工作，并取得了一定成果。

活性炭的制备方法活性炭的制备方法主要可以分为：碳化法、活化法、碳沉积法、热收缩等方法。

一般制备活性炭的基本工艺如上图，其中预处理、活化和碳沉积是选用步骤。

1、碳化法定义：将碳质原料置于惰性气氛中，以适当的热解条件得到碳化产品的方法。

基本原理：基于加热过程中各基团、桥键、自由基和芳环等复杂的分解聚合反应，表现为碳化产物的孔隙发展、孔径的扩大和收缩。

在碳化过程中，碳质原料中的热不稳定组分以挥发分形式脱出，从而在半焦上留下孔隙。

适用情况：适用于高挥发分原料，是所有其他方法的基础。

影响碳化过程的主要因素是升温速率、碳化温度与恒温时间。

采用的升温速率一般在5~15℃/min，碳化温度多在500~1100℃，恒温时间为0.5~2h。

2、活化法定义：将碳质原料置于活性介质中加热平缓处理，以发展其孔径的方法。

基本原理：基于碳质原料部分碳的烧失，使封闭的孔得以打开，从而使其孔隙结构得到发展，孔径大小达到所需要的范围。

褐煤半焦水蒸气活化法制备活性炭的工艺研究
褐煤半焦水蒸气活化法制备活性炭的工艺研究
范艳青;陈雯;蒋训雄;汪胜东
【期刊名称】《煤炭加工与综合利用》
【年(卷),期】2005(000)003
【摘要】通过对褐煤半焦水蒸气活化法制备活性炭原理的探讨及实验研究,分析了活化温度及时间、水蒸气流量等影响因素;用煤焦油做粘结剂制得的活性炭具有优越的物理和化学性能;在褐煤半焦粒度-100目,活化温度700℃,活化时间4h,水蒸气流量1088.89ml/min时,制得的活性炭碘吸附值达到了1136.39mg/g.
【总页数】5页(35-39)
【关键词】褐煤;半焦;水蒸气;活化;活性炭;碘值
【作者】范艳青;陈雯;蒋训雄;汪胜东
【作者单位】北京矿冶研究总院,北京,100044;昆明理工大学,材料与冶金工程学院,云南,昆明,650093;北京矿冶研究总院,北京,100044;北京矿冶研究总院,北京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】TQ424.1
【相关文献】
1.半焦法制备褐煤活性炭的炭化条件研究 [J], 杨巧文; 陈思; 赵昕伟; 杨金华
2.水蒸气活化对活性炭电吸附脱盐性能的影响 [J], 庞自钊; 孟庆函; 曹兵
3.水蒸气活化法制备松籽壳活性炭工艺 [J], 胡志杰; 郑尊彬
4.褐煤半焦掺杂焦粉制备活性炭研究 [J], 王石维; 陈科宇。

第27卷　第2期2004年4月煤炭转化CO A L CO NV ERSIONV ol.27　N o.2Apr.2004　*云南省中小型企业创新基金资助项目(2001T J 06).1)教授;2)教授、博士生导师;3)硕士;4)副教授;5)教授,昆明理工大学材料与冶金工程学院,650093昆明收稿日期:2003-11-16;修回日期:2004-01-16褐煤活性炭的制备与性能研究*陈　雯1)　刘中华2)　范艳青3)　沈强华4)　冯丽辉5) 摘　要　针对云南弥勒丰富的褐煤,采用炭化、破碎、脱杂、加压成型和活化工艺制备性价比适宜的褐煤活性炭,得到各工序的影响因素及最佳工艺条件:炭化温度600℃,时间 1.5h;脱杂温度室温,H 2O 210%+H 2SO 45g /L,液固比5∶1,时间3h ,脱灰率38%;活化温度700℃,活化时间4h ,水蒸气用量控制在1kg /(kg 料·h )时,产品碘吸附值高于1100mg /g ;水蒸气用量控制在0.9kg /(kg 料·h )时,产品碘吸附值高于800m g /g ;水蒸气用量控制在0.78kg /(kg 料·h )时,产品碘吸附值高于700mg /g.关键词　褐煤,活性炭,制备中图分类号　TQ 424.10　引　言活性炭是一种孔隙发达的多孔材料,当它用于液相吸附时,食品工业用于脱色和香味调整,水处理(净化自来水、处理各种工业和生活污水等)用于改善水质,医药上用于药剂脱色和净化,冶金工业用于从金属水溶液中吸附提取稀有金属和贵金属;当它作为气相吸附剂时,一般用于吸附工业烟气中多种有害气体,如二氧化硫、氯气、二氧化碳和苯酚等,治理工业烟气污染.在城市空气净化方面也有着独特用途.活性炭制备一般以木材、木炭、木屑、椰子壳、果核和无烟煤为原料.云南省褐煤丰富,探明储明154Gt ,在全国仅次于内蒙古,位居第二[1],价格低廉,易于获得,反应活性高,活化时间短,是以褐煤为原料制备活性炭的有利方面,但褐煤含碳低、水分大和质地柔软又对利用褐煤制备活性炭带来困难.20世纪90年代,国内对利用褐煤制备活性炭开展了许多研究.[2-4]但工艺及产品质量上仍有缺陷,至今无产业化报道,进一步研究利用褐煤为原料制备活性炭具有实际意义.1　实验部分1.1　原料及工艺实验原料为云南弥勒新哨褐煤,该矿点褐煤储量为6亿t,云南弥勒褐煤工业分析见表 1.工艺流程为:褐煤→破碎→炭化→球磨→脱杂→洗涤→干燥→拌合→黏结→加压成型→活化.表1　云南弥勒褐煤的工业分析T able 1　Ch emica l co mpo sitio n of the lig nite fr om M ile co unty,Yunna n prov inceFC d M ad A d V da f 36.1513.229.9450.931.2　褐煤炭化褐煤炭化过程是指褐煤在隔绝空气的低温(500℃～700℃)条件下的干馏过程.炭化过程中,褐煤内的大部分有机物挥发,非碳元素减少,得到适合于后续活化的炭材料(半焦).同时,褐煤受热分解还产出液态的焦油、水和煤气等副产物,可以综合回收.综合考虑炭化料质量得率,通过预备实验确定:炭化温度600℃,炭化时间 1.5h.在该条件下得到的炭化料成分见表2,炭化料得率43.5%.表2　炭化料的化学成分Table 2　Chemical compositio n o f the ca rbonized co al FC d M ad A d V da f 69.158.3122.010.21.3　炭化料脱灰炭化料中灰分对活性炭性能有较大影响.本实验炭化料含灰分较高(22%),X 射线衍射分析,其主要成分为:SiO 2,Al 2O 3,Fe 2O 3,CaO 和Mg .本实验通过浸出降低灰分,浸出条件为:室温,H 2O 210%+H 2SO 45g /L,液固比5∶1,不同时间下固体物料中的灰分含量见图1,在时间3h 时,脱灰率38%,灰分可脱至13.61%.图1　浸出时间与灰分含量的关系Fig .1　Rela tion o f th e a sh co ntent w ith leaching tim e1.4　活化脱灰后的物料经过捏和、黏结和加压成型,晾干后进入活化炉进行活化实验.2　结果与讨论2.1　活化温度的影响活化时间和水蒸气用量一定(活化时间4h,水蒸气用量0.9kg /(kg 料·h ),活化温度对活性炭产率和碘值的影响分别见图2和图3.图2　活化温度对活性炭产率的影响Fig.2　Effect of activ ation tempera ture o n yield由图2和图3可知,在温度不断上升的过程中,产率不断下降,碘吸附值不断增加.这是因为活化过程主要是使“活性点碳原子”在升温过程中不断与水蒸气反应,碳的氧化反应发生,导致碳的损耗.同时生成更多的大孔、中孔和微孔等孔隙结构,致使形成比较扩展的内表面,活性炭的吸附性能增大.综合考虑,确定活化温度为700℃.图3　活化温度对碘值的影响Fig.3　Effect of activ ation tempera ture o nio dine v alue2.2　活化时间的影响在一定的温度和水蒸气流量下(水蒸气用量0.780kg /(kg 料·h ),活化时间对产率及碘吸附值的影响见图4和图 5.图4　活化时间对产率的影响Fig.4　Effect of ac tiv a tio n time on yield◆——600℃;■——650℃;▲——700℃图5　活化时间对碘值的影响Fig.5　Effect o f activa tio n time o n iodine v alue◆——600℃;■——650℃;▲——700℃2.3　水蒸气用量的影响以活化1kg 炭化料计,水蒸气用量对产率及碘值的影响见第63页图6和图7.由图4和图5可知,随着活化时间的增加,产率逐渐减小,碘吸附值逐渐增加,在700℃时,4h 的碘吸附值增加比较明显;而在600℃及650℃时,曲62 煤　炭　转　化 2004年图6　水蒸气用量对产率的影响Fig .6　Effec t of steam flow o nyield图7　水蒸气用量对碘值的影响Fig.7　Effect of stea m flo w o n iodine va lue线明显的转折发生在6h.随着活化反应的进行,原料中的活性点碳原子不断地与水蒸气反应,使得产品的堆积密度逐渐减小;同时,产生比较多的微孔和中孔,因而碘吸附值表现出增加的趋势.由图6和图7可知水蒸气用量对产品的性能有比较明显的影响.随着水蒸气用量的增大,产率下降明显,对碘吸附值的影响是先增大后减小.这是由于水蒸气与碳发生活化反应,在水蒸气用量增加时发生反应的碳的消耗增加,产生了更多的中孔和微孔的原因.同时,也使产品中灰分的相对含量和绝对含量增加,所以,碘吸附值在有一个最佳值后呈现下降的趋势,具体说来,水蒸气用量大于1kg /(kg 料·h )时,产品碘吸附值高于1000mg /g;水蒸气用量控制在0.9kg /(kg 料·h )时,产品碘吸附值高于800mg /g;水蒸气用量控制在0.78kg /(kg 料·h)时,产品碘吸附值高于700mg /g.活性炭的产率分别可达29%,31%,32.5%.2.4　产品的性能按照国家标准GB /T12496.1-90～GB /T 12496.22-90的分析要求,将产品进行分析,得到的性能指标见表 3.褐煤、炭化料和活性炭的SEM 图像见图8.由图8可知,原煤的微观结构(见图8a ),其结构比较致密;炭化料(见图8b)次之;而产品(见图8c 和图8d )结构更加疏松,微孔有增大的趋势.3　结　论1)采用炭化、破碎、脱杂、加压成型和活化工艺可制备性价比适宜的褐煤活性炭.表3　活性炭产品的性质Ta ble 3　Pro perties o f the activ ated ca rbon pro ducedSi ze /nm W /%A /%Apparent density /(g ·cm -3)Streng th /%SE T Ⅰ3≤38～120.1～0.28≥85SE T Ⅱ4≤38～120.1～0.28≥85SE T Ⅲ1.5≤38～120.25≥85SE T Ⅳ0.5～ 1.5≤58～120.27≥85Wa terc a pabil i ty /%I 2/(mg ·g -1)S /(m 2·g -1)Pro evo lum e /(m L ·g -1)Av erag epo rediame ter /nmSE T Ⅰ～160700～1100800～12000.56 1.5SE T Ⅱ～160700～1100800～12000.52 1.6SE T Ⅲ～170700～1100800～12000.774.0SE T Ⅳ～160700～1100800～12000.693.4图8　褐煤和炭化材料及活性炭的SEM 图像Fig .8　SEM images o f lig nite ,ca rbo nized coal a nd activ ated ca rbona ——Brow n coal;b ——Carbonized coal;c ——Activated carbon;d ——Activated carbon 2)炭化过程的最佳工艺条件是温度600℃,时间1.5h.3)脱杂的适宜条件为室温,H 2O 210%+H 2SO 45g /L ,液固比5∶1,时间3h ,脱灰率可达38%.4)水蒸气用量、活化温度、活化时间和炭化时间是影响产品性能的主要因素.在活化温度700℃,活化时间4h 下,以制得碘吸附值高于1000mg /g 的活性炭为目的时,水蒸气用量控制在大于1kg /(kg 料·h );以制得碘吸附值高于800mg /g 的活性炭为目的时,水蒸气用量控制在0.9kg /(kg 料·63第2期 陈　雯等　褐煤活性炭的制备与性能研究 h);以制得碘吸附值为700mg/g的活性炭为目的时,水蒸气用量控制在0.78kg/(kg料·h).上述条件下,活性炭的产率分别达29%,31%,32.5%.5)按照国家标准GB/T12496.1-90～GB/ T12496.1-90～GB/T12496.22-90的规定对产品进行分析,结果表明产品质量达标.参　考　文　献[1]　戴和武,谢可玉.褐煤利用技术.北京:煤炭工业出版社,1999.24[2]　尹承绪.用先锋优质褐煤制取活性炭的研究.煤炭转化,1995,18(1):88-90[3]　邱介山,赵树昌.褐煤快速炭化活化法生产活性炭研究.大连理工大学学报,1989,29(3):283-285[4]　杨绍斌,郭树才,罗长齐.褐煤制活性炭.煤炭转化,1994,17(1):47-51STUDY O N PREPARATIO N AND PROPERTIES OF ACTIVATEDCARBO N FROM LIGNITEChen Wen　Liu Zhonghua　Fan Yanqing　Shen Qianghua and Feng Lihui(College of Materials and Metallurgical Engineering,Kunming University ofScience and Technology,650093Kunming)ABSTRACT　The lignite reso urce is rich in Mile County,Yunnan Province.With it by the process of ca rbo nization,crushing,purification,ex trusion and activ atio n,the activa ted carbon is prepared.Th e factors tha t influence the process a re ex amined a nd o ptimized.Th e best technical conditio ns in experiments can be giv en as follow ing:Fo r carbonizatio n,tem perature500℃,time1.5h;For purification,room tempera ture,H2O210%+H2SO45g/L,ra tio of solid to liquo r5,time3h;For activ ation,tempera ture700℃,time4h,the iodine v alue being1100,800and700 m g/g in the steam flow of1,0.9and0.78kg/(kg charg e·ho ur)respectiv ely.KEY WORDS　lig nite,activa ted carbon,preparatio n64 煤　炭　转　化 2004年。