影响磷酸活性炭质量的因素

1 不同原料对活性炭质量的影响 随着树种的不同，木材中的树脂含量及坚硬程度等性质也不一样，磷酸溶 液之类活化剂对原料木屑的渗透能力就产生差异，从而对活化过程产生影响， 此外，原料的含水率及其颗粒度的大小，也会对活化过程及产品结构产生影。 2 磷酸浓度对活性炭质量的影响 磷酸浓度对颗粒活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝脱色力的影响呈不同的特 点。随着磷酸浓度增大，碘吸附值和亚甲基蓝脱色力都先上升，后下降。
（浸渍比 150%，炭活化温度为 400℃，炭活化时间为 180min）
国内外同类 研究概况
磷酸浓度在 50%之前，亚甲基蓝脱色力随着磷酸浓度提高呈上升趋势，磷 酸浓度在 50-70%之间时，亚甲基蓝脱色力的大小变化幅度较小，磷酸浓度继 续升高时，亚甲基蓝脱色力却有所降低。而随着磷酸浓度的增加，活性炭的碘 吸附值呈曲线上升， 即活化剂磷酸含量的改变对颗粒活性炭的碘吸附值的影响 是较大的，其它条件一定时，随着活化剂含量的增加，颗粒活性炭的碘吸附值 开始增加的较快，但当活化剂磷酸浓度增加到一定程度后，活性炭的碘吸附值 不再增加，稍微略低。 影响机理为： 当活化剂含量较低时，主要是微孔的产生，且此时磷酸浓 度不足以使样品中所有的 炭完全活化，故样品的碘吸附值较低；当磷酸含量增 加时，样品中的炭的活化程度增加，会出现微孔产生和微孔变大到中孔范围之 间的竞争， 表面积的增加是在该范围内大部分中孔产生的结果， 且由于该原因， 孔隙的变化应该是逐渐的；故亚甲基蓝脱色力呈上升趋势，但幅度较小，而随 着磷酸含量的进一步的增加，样品中的中孔范围内孔隙会变大，在某种程度上 使表面积和孔容积增加， 因而此时样品的碘吸附值和亚甲基蓝脱色力也都有所 增加，但这种增加是有一定限度的，因而其碘吸附值的增加会趋于一定值。因 此在一定浸渍比的条件下， 调整磷酸的浓度可以在一定程度上控制活性炭的孔 隙结构和吸附性能。 3 浸渍比对活性炭质量的影响 浸渍比，即纯化学试剂与绝干原料的质量比。浸渍比是化学法制备活性炭 工艺过程中重要的影响因素。随着浸渍比的提高，颗粒活性炭的亚甲基蓝脱 色力呈现逐渐提高的趋势。 在整个过程中颗粒活性炭的亚甲基蓝脱色力都随着 浸渍比的提高而逐渐的增大。
（磷酸浓度 70%，炭活化温度 400℃下炭活化 180min）
国内外同类 研究概况
当浸渍比过低时，活化剂含量较低时不足以使原料中的炭活化，所以亚甲 基蓝吸附值较小；随着活化剂含量的增加，原料中炭的活化程度增强，从而提 高活性炭的亚甲基蓝脱色力。而当浸渍比从 100%提高至 150%时，颗粒活性炭 的碘吸附值基本不变，可能是由于当浸渍比太低时，在捏合过程中由于水分的 蒸发，使得磷酸无法充分的进入原料中，而使得原料中磷酸含量太低，从而使 得碘吸附值在初时基本不变。随着浸渍比提高，磷酸能充分进入原料中。因 此随着浸渍比继续的提高，活性炭的碘吸附值呈急剧增大的趋势，而且此时活 化反应使间隙中的炭化物—无定形炭首先被活化形成微孔， 随着活化剂用量的 增加， 活化反应速度加快， 而使得微孔数量增多， 这表现在碘吸附值急剧增大； 并且在浸渍比为 200%时，碘吸附值达到大值，继续将浸渍比从 200%提高至 250%时，碘吸附值呈现减小。当浸渍比大于 200%时，过量的磷酸与先前生成 的微孔结构的碳原子层间隙发生反应，引起炭材料的过度烧蚀，孔径变大，使 得碘吸附值下降。浸渍比保持在 200%左右活性炭的亚甲基蓝脱色力和碘吸附 值均处在一个相对较高的水平。所以，通过控制浸渍比可以在很大程度上控制 活性炭的吸附性能。 4 活化温度对活性炭质量的影响 活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝脱色力先随着炭活化温度的升高而上升，当 温度达到 400℃时都达到大值，而后，随着炭活化温度的升高，其碘吸附值 和亚甲基蓝脱色力反而逐渐降低。 这是因为随着活化温度的升高，活化过程中原料中羟基，羧基等小分子基 团被脱去，由被脱去基团留下的空间形成活性炭的孔隙越多，磷酸分子越容易 进入原料中，使得活化剂—磷酸分子在原料中的扩散速度提高，与碳的反应速 度加快，会产生一个多种线型多磷酸的混合物，其中包含未曾脱水的正磷酸以 及不同链长的各种脱水的缩合磷酸(如焦磷酸 H4P207，三聚磷酸酸 H5P3010， 四聚磷酸 H6P4013 等） 。而当温度达到 400℃时，磷酸的脱水作用将达到更高 的程度，其氧化能力也不断地增强，从而活性炭的孔隙数目增加，吸附性能也 达到高；但炭活化温度进一步提高时，正磷酸不断减少，缩合磷酸继续增加 并向延长键长方向聚合，这种现象会引起炭结构的收缩，表面的活性碳点就越 少， 同时温度太高活性炭失去磷酸的保护， 引起炭的过度烧蚀， 孔隙不断增大， 造成颗粒活性炭吸附性能下降。