摘要：粉狀活性炭性能優(yōu)良，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，相關(guān)行業(yè)不斷對(duì)生產(chǎn)方法、工藝路線進(jìn)行研究和改進(jìn)以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。
隨著食品、醫(yī)藥、輕工、環(huán)保等行業(yè)的發(fā)展，活性炭作為一種吸附脫色劑，其用量迅速增加。建國(guó)初期我國(guó)活性炭的年產(chǎn)量?jī)H為30多噸，至1996年，全國(guó)生產(chǎn)廠家有二百多個(gè)，年產(chǎn)量達(dá)13萬(wàn)噸。
根據(jù)活性炭的用途不同可將其制成粉狀和粒狀，粒狀活性炭又分定型炭（例：柱狀、球狀等）和非定型炭；根據(jù)生產(chǎn)中所用活化劑的不同又可將其分為物理法活性炭和化學(xué)法活性炭；根據(jù)生產(chǎn)原料不同亦可分為木質(zhì)炭和煤質(zhì)炭，因木質(zhì)原料孔隙度大，內(nèi)部細(xì)胞組織有許多天然孔隙（木炭的比表面積為206-429m2/g），使活化劑易進(jìn)入，且接觸反應(yīng)面大易活經(jīng)，而煤則不同（煤制焦炭的比表面積僅為20-80m2/g），故與活化劑的反應(yīng)面比木炭小的多�？傊�，以化學(xué)法木質(zhì)粉狀活性炭的脫色性能較佳，它在水解發(fā)酵有機(jī)合成制糖制藥凈水和環(huán)保等領(lǐng)域，用于除去發(fā)色體膠質(zhì)，吸附異味，防止液體渾濁，除去泡沫，提高蒸發(fā)結(jié)晶速度。例：我省滿城檸檬酸廠、保定磺酸廠、保定化工二廠的木糖車(chē)間、邢臺(tái)植酸廠、石家莊副食二廠的味精車(chē)間、趙縣葡萄糖廠、華北藥廠淀粉分廠、辛集飴糖廠和乳酸廠等均采用粉狀木質(zhì)活性炭作為產(chǎn)品的精制脫色劑。由于其用量大，涉及范圍廣，故國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)、科研單位不斷對(duì)其生產(chǎn)工藝技術(shù)設(shè)備等進(jìn)行探索研究及改進(jìn)。
1 粉狀木質(zhì)活性炭的生產(chǎn)方法
1.1 化學(xué)法粉狀木質(zhì)活性炭
1.1.1 原理
化學(xué)法活性炭的成熟工藝為氯化鋅法，國(guó)內(nèi)活性炭生產(chǎn)廠大多采用該法，其活化原理為：氯化鋅在炭化活化中有脫水作用，使用機(jī)木質(zhì)原料中的氫氧元素以水的形式逸出，如此可降低炭化活化溫度，改變熱解路線，另外氯化鋅溶液對(duì)木質(zhì)原料有溶解侵蝕作用，故可順利滲透到原料內(nèi)部，到達(dá)木質(zhì)原料中纖維形成的細(xì)孔中，以實(shí)現(xiàn)完全活化，活化過(guò)程中氯化鋅多數(shù)留在炭中起骨架作用而形成的炭則沉積在骨架上，當(dāng)最后用水洗掉氯化鋅后，則炭形成多孔，從而具有吸附、脫色作用。
1.1.2 工藝過(guò)程
捏合：首先將工業(yè)品氯化鋅配成45-50波美度的水溶液，其pH值為4.5-6.5（指-滴氯化鋅溶液溶于25ml蒸餾水中所測(cè)值），然后與烘干的木屑以1:3-4的固液比投入捏合機(jī)中，使充分捏合均勻，捏合時(shí)間不小于15分鐘，以保證氯化鋅溶液充分進(jìn)入纖維內(nèi)部。若采用其它混合方式如簡(jiǎn)單人工攪拌或靜止浸泡，則所需混合時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)。
炭化活化：連續(xù)生產(chǎn)中采用內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐為炭化活化的主體設(shè)備，其熱載體為高溫?zé)煹罋�。傳熱方式為：高溫�(zé)煹罋馀c物料呈逆流直接接觸傳熱。物料流動(dòng)方向?yàn)椋簭幕剞D(zhuǎn)爐的高端連續(xù)加入捏合均勻的物料，靠回轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動(dòng)與斜度使物料慢慢地由高向低移動(dòng)。由于物料在爐內(nèi)不斷翻轉(zhuǎn)移動(dòng)從而保證物料炭化活化均勻，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。炭化活化時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，雖提高溫度對(duì)反應(yīng)有利，但氯化鋅的損失量增加（例500℃氯化鋅的蒸氣壓為10mmHg，610℃為100mmHg，732℃為760mmHg），所以在保證活性炭質(zhì)量的前提下應(yīng)盡力降低炭化活化溫度。該工段工藝條件控制在：溫度為450-550℃，時(shí)間40分鐘，回轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速為2-3轉(zhuǎn)/分。
回收：從回轉(zhuǎn)爐中卸出的物料中除含有炭及氯化鋅外，還含有因高溫和水蒸氣存在下反應(yīng)生成的氧化鋅和氫氧化鋅，故需將其進(jìn)行處理，目的有兩個(gè)，一個(gè)是使氧化鋅和氫氧化鋅反應(yīng)變?yōu)榭勺鳛榛罨瘎┑穆然\，二是較大限度的回收氯化鋅，以循環(huán)使用降低成本。所包含的反應(yīng)為：
Zn(OH)2+2HCl=ZnCl2+2H2O
ZnO+2HCl=ZnCl2+H2O
采用多級(jí)逆流回收洗滌方法，當(dāng)洗液中氯化鋅濃度高達(dá)40波美度時(shí)，返回到捏合工段循環(huán)使用。
凈化除雜：因生產(chǎn)中采用的設(shè)備大多為鐵器設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品中鐵含量超標(biāo)，故需除鐵。其過(guò)程為將回收工段送來(lái)的物料加入除鐵池（非鐵設(shè)備），再加入自來(lái)水使其剛好浸沒(méi)物料，然后加入占物料量45%的工業(yè)鹽酸，在95℃左右間歇攪拌反應(yīng)2小時(shí)以上，最后反復(fù)漂洗過(guò)濾。至洗液達(dá)中性為止。
脫水：洗至中性的物料先采用三足離心機(jī)或板框壓濾機(jī)脫除其中大部分水份。然后在轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)中干燥至水份小于10%后送去粉碎包裝。
粉碎包裝：國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠大多采用球磨機(jī)進(jìn)行粉碎，其產(chǎn)品細(xì)度應(yīng)據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)整。粒度越小脫色效果越好，但粒度過(guò)小影響過(guò)濾速度，一般控制在粒徑≥120目為佳。
1.1.3 該法優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：該法制備的活性炭孔隙率大，且可通過(guò)調(diào)整活化劑的濃度生產(chǎn)不同孔徑的活性炭，另外用氯化鋅作活化劑炭化活性溫度低易操作、能耗小，同時(shí)氯化鋅可回收循環(huán)使用。
缺點(diǎn)：因在炭化活化時(shí)有部分氯化鋅進(jìn)入大氣，另外回收工段使用揮發(fā)性鹽酸，兩者對(duì)大氣均有一定程度污染。
1.2 物理法粉狀木質(zhì)活性炭
1.2.1 原理
用高溫水蒸氣高溫?zé)煹罋猓–O2氣體）及高溫空氣對(duì)炭進(jìn)行活化的方法為物理活化法。
實(shí)際生產(chǎn)中，大多采用高溫水蒸氣作活化劑，如我省保定賢臺(tái)活性炭廠即用該法。
1.2.2 用水蒸氣為活化劑的生產(chǎn)工藝
原料炭化：首先使木質(zhì)原料在450-600℃范圍內(nèi)炭化完全，然后破碎為2-30mm的塊待用。
炭化料的活化因水蒸氣與炭在高溫下的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)800-900℃時(shí)，反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行，但由于反應(yīng)吸熱會(huì)使物料溫度低于800℃。影響反應(yīng)速度，為保證溫度在800-900℃，需補(bǔ)充熱能。因產(chǎn)物中有氫氣和一氧化碳生成而該兩種氣體均可燃燒放出熱量，所以實(shí)際生產(chǎn)中即利用該部分燃燒熱補(bǔ)償反應(yīng)吸熱造成的熱消耗。炭化活化反應(yīng)在多管活化爐中進(jìn)行。炭化后的物料從活化爐的爐口加入活化劑水蒸氣從活化爐上部通入，活化反應(yīng)完成后，活性炭從下部卸出，而下部排出的氣體送入爐膛中燃燒。
1.2.3 該法優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：用水蒸氣作活化劑，使炭表面純凈，因反應(yīng)吸熱，不會(huì)使物料在活化中局部過(guò)熱而影響收率，同時(shí)該法無(wú)污染節(jié)省燃料。
缺點(diǎn)：因耐火材料和木炭的傳熱系數(shù)小，易造成管內(nèi)物料溫度不均，活化不一致而影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
2 粉狀木質(zhì)活性炭的工藝、技術(shù)改進(jìn)方向
2.1 生產(chǎn)原料
雖用木材作原料制備的活性炭質(zhì)量較好，但由于近年來(lái)樹(shù)木的亂砍亂伐，再加之包裝建筑裝修一次性衛(wèi)生用具等每年也要消耗掉大量木材，而木材資源再生速度很慢，少則幾年，多則十幾年或幾十年，故造成我國(guó)木材資源短缺的現(xiàn)狀。為推進(jìn)活性炭行業(yè)的健康發(fā)展，我國(guó)有關(guān)部門(mén)曾就用不同原料代替木材研制生產(chǎn)活性炭進(jìn)行了大量工作。例如用稻殼制備活性炭，用廢棄植物制取可燃?xì)馓亢徒褂陀�，用工業(yè)水解渣制備活性炭，除此之外也有用甘蔗渣有機(jī)工業(yè)廢料等為原料制備活性炭的報(bào)道。
2.2 生產(chǎn)工藝
因目前化學(xué)法活性炭大都采用氯化鋅作活化劑，因大氣污染問(wèn)題限制了它的發(fā)展，故人們?cè)诓粩嗵剿饕云渌鼰o(wú)污染或污染小的活化劑代替氯化鋅的新生產(chǎn)工藝。例有報(bào)道用硫酸作活化劑可制備高脫色力的脫色劑，且炭化活化溫度由氯化鋅法的450-550℃降為250-300℃的，用磷酸作活化劑，可基本消除污染，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作條件易控，另外據(jù)新資料報(bào)道，用輻射工藝和流態(tài)化工藝制備活性炭的小試研究正在進(jìn)行。
隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，物理法活性炭工藝將逐漸被人們所重視。為改善物理法活性炭的吸附性能，各生產(chǎn)單位進(jìn)行過(guò)不少?lài)L試，例如將一次高溫水蒸氣活化工藝改為兩次，可顯著提高產(chǎn)品的脫色力。
2.3 生產(chǎn)設(shè)備
活化爐是活性炭生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。用回轉(zhuǎn)爐雖操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度小物料活化均勻，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但因煙道氣溫度高，氣相中有部分氯化鋅帶入而增加消耗，若用平板爐，雖效率低，偶有炭化活化不均等缺點(diǎn)，但操作靈活性大，污染易解決。如何對(duì)兩者進(jìn)行權(quán)衡，有關(guān)專(zhuān)家正對(duì)此進(jìn)行探索，相信不久的將來(lái)會(huì)有污染小機(jī)械化程度高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的高效活化爐問(wèn)世。
粉碎干燥設(shè)備是活性炭各生產(chǎn)工藝中必用的設(shè)備。傳統(tǒng)粉碎設(shè)備大多采用不同規(guī)格的礦用球磨機(jī)，效率低動(dòng)力消耗大、噪音污染嚴(yán)重、目前一些大企業(yè)已改用雷蒙機(jī)，該機(jī)效率高，粉碎均勻，濾速快。關(guān)于干燥設(shè)備，大都采用炭化活化爐的余熱作干燥熱源，采用固定箱式或回轉(zhuǎn)爐式干燥設(shè)備，但均存在粉大、效率低的缺點(diǎn)有些企業(yè)已改用其它效果更好的設(shè)備，例真空干燥流化沸騰床干噪等。我國(guó)化工部機(jī)械化工研究院下屬的粉碎設(shè)備研究所和干燥設(shè)備研究所每年都有新型設(shè)備研制成功，投放市場(chǎng)，供各企業(yè)參考選用。
3 結(jié)語(yǔ)
活性炭作為涉及各行各業(yè)吸附脫色的產(chǎn)品，近年來(lái)從原料到工藝設(shè)備均有很大的改進(jìn)和發(fā)展，但仍還存在不少問(wèn)題，需各專(zhuān)業(yè)的人員共同努力，以求不斷完善，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。