?粉狀木質(zhì)活性炭使用質(zhì)量差可能由原料性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、孔隙結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)、使用條件及再生效果等多方面因素導(dǎo)致,以下為詳細(xì)分析:
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原料性質(zhì)
灰分:灰分是木質(zhì)粉狀活性炭全部燃燒完畢后剩余的白色或粉紅色物質(zhì)。秸稈、稻殼等物質(zhì)所含的灰分大,且在燃燒時(shí)不易脫落,造成燃燒時(shí)溫度低,不適合用于對(duì)活性炭灰分要求高的場景,會(huì)影響活性炭的用途及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通常木質(zhì)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(huì)隨原料的品種與炭化溫度而發(fā)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(huì)影響活性炭的吸附能力。
生產(chǎn)工藝
炭化溫度:炭化溫度影響活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度。溫度過低,炭化不徹底,活性炭沒有足夠的機(jī)械強(qiáng)度;溫度過高,則會(huì)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(yīng)速率隨溫度的升高而增加,不同的活化溫度生產(chǎn)的活性炭孔結(jié)構(gòu)不同?;罨瘻囟冗^低,反應(yīng)速率慢,活化效率低;活化溫度過高,會(huì)造成不均勻活化,影響微孔發(fā)育,進(jìn)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(yīng)速度不同,生產(chǎn)的活性炭性能也不相同?;罨瘎┝魉佥^大時(shí),與碳反應(yīng)速率提高,可能產(chǎn)生不均勻活化,導(dǎo)致微孔減少;活化劑流速小時(shí),微孔容積增加,但會(huì)延長活化時(shí)間。
炭粒度:活化速度、活化均勻程度與炭粒的粒度相關(guān)。炭粒度較大時(shí),會(huì)造成顆粒內(nèi)外不均勻活化;炭粒度過小時(shí),活化劑流動(dòng)阻力增大,導(dǎo)致不能均勻通過,也難以達(dá)到均勻活化的目的。
孔隙結(jié)構(gòu)
孔道結(jié)構(gòu):活性炭含有大量的孔道結(jié)構(gòu),包括大孔、介孔和微孔。通常情況下吸附質(zhì)分子的尺寸均小于介孔尺寸,多數(shù)吸附作用均發(fā)生在微孔結(jié)構(gòu)中。微孔結(jié)構(gòu)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(shù)量通常可以決定活性炭的吸附量。但微孔結(jié)構(gòu)極少直接與表面連接,通常由大孔、介孔結(jié)構(gòu)向微孔結(jié)構(gòu)過渡,吸附質(zhì)分子進(jìn)入微孔進(jìn)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(chǔ)。
孔隙分布:活性炭的孔隙分布情況也會(huì)影響其吸附性能。如果孔隙分布不合理,可能會(huì)導(dǎo)致吸附質(zhì)分子難以進(jìn)入某些孔隙,從而降低吸附效果。
表面化學(xué)性質(zhì)
表面官能團(tuán):活性炭自身表現(xiàn)為非極性,然而活性炭表面存在大量的官能團(tuán)結(jié)構(gòu),可以增加活性炭整體的極性。官能團(tuán)的酸堿性也會(huì)影響到活性炭表面的酸堿性。對(duì)活性炭進(jìn)行改性,就是通過對(duì)活性炭表面導(dǎo)入酸結(jié)構(gòu)、堿結(jié)構(gòu)、極性結(jié)構(gòu)等,改變原有表面結(jié)構(gòu)使其具有更好的吸附性能。如果表面官能團(tuán)的性質(zhì)不利于吸附目標(biāo)物質(zhì),就會(huì)影響活性炭的使用質(zhì)量。
使用條件
溫度:雖然溫度對(duì)于粉狀活性炭的吸附效果影響不大,但實(shí)際使用時(shí)溫度過高或過低都會(huì)影響其性能。例如,在高溫下,活性炭可能更容易發(fā)生熱分解,降低其吸附能力;在低溫下,吸附質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)速度減慢,也會(huì)影響吸附效果。
接觸時(shí)間:需要保證粉狀活性炭與吸附物質(zhì)有一定的接觸時(shí)間,使吸附接近平衡,充分利用吸附能力。如果接觸時(shí)間不足,吸附質(zhì)分子可能沒有足夠的時(shí)間進(jìn)入活性炭的孔隙中被吸附,導(dǎo)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(huì)對(duì)吸附質(zhì)在水中存在的狀態(tài)及溶解度等產(chǎn)生影響,從而影響吸附效果。例如,某些吸附質(zhì)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(zhì)性質(zhì):吸附質(zhì)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(huì)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(zhì)更容易被非極性的粉狀活性炭吸附;吸附質(zhì)分子尺寸過大,可能無法進(jìn)入活性炭的微孔結(jié)構(gòu)中,導(dǎo)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(yīng)用的關(guān)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(shù)的主要內(nèi)容。如果再生效果不佳,活性炭的吸附容量會(huì)逐漸降低,導(dǎo)致使用質(zhì)量變差。例如,對(duì)廢粉末狀活性炭進(jìn)行熱解再生,在650℃條件下再生2h,其對(duì)磷酸根離子的吸附容量恢復(fù)77.64%,但如果再生條件不合適,恢復(fù)程度可能更低。