工业水处理活性炭工艺发展迅速 工作特点游刃有余
活性炭是重要的炭素材料之一,它作为一种优质的吸附剂和催化剂载体,正被更多的人们所熟悉。如果要追溯发展史,几个世纪以来,人们一直在研究各种碳吸附剂的制造性能及其应用。但是作为活性炭工业,仅仅是从本世纪初才开始建立的,以后由于活性炭用途的日益广泛,生产工艺也有了迅速的发展。
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水处理活性炭吸附塔有固定层式、移动层式、膨胀层式和流动层式实际上大部分都采用固定层式。固定层式要有几个塔、逆洗设备和大的新炭贮槽和废炭贮槽，因而设备占地面积大还要有取出废炭和充填新炭作业操作管理自动化困难并且废炭需要整塔更新，降低了活性炭吸附力的利用率。膨胀层式除了活性炭处于膨胀状态通水外其余各塔的运转方法与固定层式基本相同。
移动层式相当于把固定层式两塔活性炭充填为二塔以向上流动的方式通水废炭从塔底部卸出新炭由塔顶部供人在活性炭堵塞时却不能逆洗卸出的废炭还有一定吸附余力。鉴于上述情况采用多段流动层时原水中悬浮物就不会堵塞活性炭层(不需逆洗设备)能采用吸附速度大的小粒径活性炭(装置小型化)只有少量新炭补给和废炭卸出，活性炭的利用率高运转管理可实现自动化等其优点颇多。
活性炭制备方法
1)气体活化法世界上生产活性炭的厂家70%以上都是采用气体活化法。我国主要以气体活化法生产活性炭滤料。物理活化对环境污染小因其是依靠氧化碳原子形成孔隙结构 故活性炭的收率不高且活化温度较高需先进行炭化再活化。
2)化学活化法化学活化法工艺特点是活化温度低易对产品的孔隙结构进行调整。化学活化法是炭化活化一次完成, 有利于形成尺寸较小的碳微晶, 容易形成细的孔隙结构, 可以制造出孔隙更发达、吸附性能更好的活性炭炭的相对得率较高。但化学活化对设备腐蚀性大污染环境其制得的活性炭中残留化学药品活化剂应用方面受到限制。
3)化学物理活化法为了发挥物理活化和化学活化各自的优点目前世界各国包括我国在内都在研究、探讨将化学活化法和物理活化法结合起来用新型的生产工艺生产出孔隙结构更加合理、发达、吸附性能更优越、用途更广泛的活性炭产品。
活性炭生产制备技术
1)连续化、无公害化制造技术 欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化制造体系如美国的卡尔岗公司、维斯特维公司、荷兰的诺力特公司、年产活性炭均超过万吨员工仅100多人。而且对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面化学基团的关系研究做到了品种的专用化和多样化。如美国、日本的活性炭产品品种达到数百种。
2)活化剂低消耗制造工艺 传统化学法制造活性炭的缺点是活化剂消耗大回收率低产生的废水废气对环境造成危害。随着工艺技术的进步日本氯化锌法活性炭生产技术采用回转炉两段法较低温活化其氯化锌消耗量极低。美国磷酸法生产活性炭磷酸消耗在20%(每吨活性炭的酸耗)以下生产环境清洁。磷酸的低消耗不仅大大降低生产成本主要保护了环境实现了清洁生产。
3)原料预处理 活性炭原料的预处理包括脱灰和预氧化。活性炭生产原料为木质、煤质等天然产物均含有一定量的杂质如Si、Al、Ca、Mg等元素这些成分在活性炭制备过程中有极敏感的阻止微孔形成的作用通过对原料脱灰预处理能显著提高活性炭性能。以煤质原料为例国内外研究采用新的研磨技术结合化学洗涤法可获得灰分为1%的精煤但是成本相对较高。 活化前对原材料进行适当的氧化处理可以提高活性炭的吸附性能和产率。原料预氧化对活化过程有两点较为明确的优点一是能降低活化温度和缩短活化时间;二是通过原料的预氧化后增加了原料的表面活性使得活化作用更容易深入到原料颗粒内部。原料预氧化处理一般有干和湿两种方法干法为在一定加热条件下用空气、氧气等气体作为氧化剂湿法则常用硝酸、硫酸等作氧化剂。研究表明氧化预处理可获得煤质活性炭比表面积3 000m2/g,碘吸附值1 500mg/g,亚甲基蓝吸附值300 mg/g,苯酚吸附值250 m g/g的性能对于木质活性炭的亚甲基蓝吸附值可达到760 mg/g。
3)使用催化活化剂 当利用物理活化法制备超级活性炭时添加催化剂进行催化活化可成倍提高反应速率降低活化温度并且孔径分布集中。例如国内专利以采用钙催化物理活化法C-H2O反应活化能从185 kJ/mol降低到164169 kJ/mol孔径集中于510 nm。日本专利采用过渡金属元素作催化剂不仅减少了反应时间而且获得比表面积达到2 5003 000m2/g的超级活性炭有代表性的过渡金属化合物有Fe2 (NO3)3、Fe(OH)3、FePO4、FeBr3、Fe2O3等。但过快的反应速度可能会使微孔壁面被烧穿破坏微孔结构。
4)使用模板 在无机物模板内很小空间(纳米级)中引入有机聚合物并使其炭化然后用强酸将模板溶掉后即可制得与无机物模板的空间结构相似的多孔炭材料该方法可制得孔径分布窄、选择吸附性高的中孔活性炭。美国、日本有利用硅凝胶微粒(75147μm,比表面积470m2,孔径4.7 nm)作为模板,制成比表面积1 1002 000m2/g,孔径为110 nm,并集中在2 nm的窄孔径分布的活性炭材料。利用模板法制备活性炭的优点是可以通过改变模板的方法控制活性炭的孔分布但该方法的缺点是制备工艺复杂需用酸去掉模板使成本提高
活性炭应用中有哪些设备 使用活性炭有间歇操作和连续操作两类
1)间歇操作常用于粉状活性炭的大小规模使用。所用的设备是不同大小的桶、缸、槽之类 容器、过滤器、搅拌器等。过滤器有普通过滤、真空过滤或加压过滤等各种类型。 2)连续操作常用于使用粒状活性炭的较大规模的生产。
设备装置有
a、固定床是以活性炭为填充层流体从上方或下方连续流入进行吸附的方法因这种设备中活性炭在操作过程中固定不动。固定床根据流体量和处理要求有单床、多床串联和多床并联等方式。 b、移动床是指活性炭间歇式移动吸附方式。要处理的流体从吸附塔底部流入与活性炭逆流接触处理后的流体从塔顶部流出。 c、流动床这是连续式流动床吸附法早期对糖进行脱色。活性炭在塔内形成膨胀层或流化状态与从塔底部进入的流体更多的接触然后连续排出塔外。如果流体流速过大塔内活性炭膨胀率增大不能保持层状移动因此要严格调节流量。
应用粒状活性炭，尤其大量应用，影响效果和成本的活性炭主要性质是：吸附量；压降或床层膨胀；抗磨性；大小、水分、灰分、pH值和可溶物。
应用较为大量的粒状活性炭都装在柱型设备中，就要讲究压降(压头损失)或床层膨胀，是设计炭柱的必要因素。压降由微粒大小和大小分布所决定。床层膨胀由微粒大小、形状和大小分布以及微粒密度所决定。
大量使用粒状活性炭时，常加水以泵输送和以运输带脱水，因此要重视活性炭的损失量，讲求活性炭的抗磨性。
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