?粉狀木質活性炭使用質量差可能由原料性質、生產工藝、孔隙結構、表面化學性質、使用條件及再生效果等多方面因素導致,以下為詳細分析:
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原料性質
灰分:灰分是木質粉狀活性炭全部燃燒完畢后剩余的白色或粉紅色物質。秸稈、稻殼等物質所含的灰分大,且在燃燒時不易脫落,造成燃燒時溫度低,不適合用于對活性炭灰分要求高的場景,會影響活性炭的用途及經濟價值。通常木質粉狀活性炭灰分在1 - 4%,灰分越小,其用途越廣泛。
含碳量:含碳量會隨原料的品種與炭化溫度而發生變化。硬雜木與楊木、桐木等密度小的木料相比,在相同炭化溫度下,硬雜木的含碳量更高。同一原料在高溫炭化比低溫炭化的含碳量高,含碳量低會影響活性炭的吸附能力。
生產工藝
炭化溫度:炭化溫度影響活性炭的孔隙結構和機械強度。溫度過低,炭化不徹底,活性炭沒有足夠的機械強度;溫度過高,則會使顆粒鼓泡、開裂,影響活化造孔過程和成品吸附性能。
活化溫度:碳和活化劑的反應速率隨溫度的升高而增加,不同的活化溫度生產的活性炭孔結構不同。活化溫度過低,反應速率慢,活化效率低;活化溫度過高,會造成不均勻活化,影響微孔發育,進而影響吸附效果。
活化劑種類和流速:不同活化劑與碳的反應速度不同,生產的活性炭性能也不相同。活化劑流速較大時,與碳反應速率提高,可能產生不均勻活化,導致微孔減少;活化劑流速小時,微孔容積增加,但會延長活化時間。
炭粒度:活化速度、活化均勻程度與炭粒的粒度相關。炭粒度較大時,會造成顆粒內外不均勻活化;炭粒度過小時,活化劑流動阻力增大,導致不能均勻通過,也難以達到均勻活化的目的。
孔隙結構
孔道結構:活性炭含有大量的孔道結構,包括大孔、介孔和微孔。通常情況下吸附質分子的尺寸均小于介孔尺寸,多數吸附作用均發生在微孔結構中。微孔結構可以增加活性炭的比表面積,提高吸附效果,活性炭的微孔數量通常可以決定活性炭的吸附量。但微孔結構極少直接與表面連接,通常由大孔、介孔結構向微孔結構過渡,吸附質分子進入微孔進行吸附作用,必然以大孔、介孔的過渡作用來作為吸附的基礎。
孔隙分布:活性炭的孔隙分布情況也會影響其吸附性能。如果孔隙分布不合理,可能會導致吸附質分子難以進入某些孔隙,從而降低吸附效果。
表面化學性質
表面官能團:活性炭自身表現為非極性,然而活性炭表面存在大量的官能團結構,可以增加活性炭整體的極性。官能團的酸堿性也會影響到活性炭表面的酸堿性。對活性炭進行改性,就是通過對活性炭表面導入酸結構、堿結構、極性結構等,改變原有表面結構使其具有更好的吸附性能。如果表面官能團的性質不利于吸附目標物質,就會影響活性炭的使用質量。
使用條件
溫度:雖然溫度對于粉狀活性炭的吸附效果影響不大,但實際使用時溫度過高或過低都會影響其性能。例如,在高溫下,活性炭可能更容易發生熱分解,降低其吸附能力;在低溫下,吸附質分子的運動速度減慢,也會影響吸附效果。
接觸時間:需要保證粉狀活性炭與吸附物質有一定的接觸時間,使吸附接近平衡,充分利用吸附能力。如果接觸時間不足,吸附質分子可能沒有足夠的時間進入活性炭的孔隙中被吸附,導致吸附效果不佳。
廢水pH值:通常粉狀活性炭在酸性溶液中比堿性溶液中的吸附率要好一些,pH值會對吸附質在水中存在的狀態及溶解度等產生影響,從而影響吸附效果。例如,某些吸附質在酸性條件下可能以分子形式存在,更容易被活性炭吸附;而在堿性條件下可能以離子形式存在,吸附難度增加。
吸附質性質:吸附質的溶解度、表面自由能、極性、分子大小和不飽和度、濃度等都會影響其與活性炭的吸附作用。例如,非極性或極性很低的吸附質更容易被非極性的粉狀活性炭吸附;吸附質分子尺寸過大,可能無法進入活性炭的微孔結構中,導致吸附量降低。
再生效果
活性炭的再生是直接影響到其吸附治理VOCs等應用的關鍵。提高活性炭的再生效果,延長活性炭的使用壽命,是研究活性炭吸附技術的主要內容。如果再生效果不佳,活性炭的吸附容量會逐漸降低,導致使用質量變差。例如,對廢粉末狀活性炭進行熱解再生,在650℃條件下再生2h,其對磷酸根離子的吸附容量恢復77.64%,但如果再生條件不合適,恢復程度可能更低。