煤质活性炭的制作工艺及应用范围

煤质活性炭的制作工艺及应用范围

煤灰的成分比较复杂，它是煤中无机物转化而来的产物，它的含量与成煤原始植物和成煤环境有关。煤灰中还有少量的碱金属K2O，Na2O等。煤灰中各成分的熔化温度不同，不能以单一的矿物温度来衡量煤灰的熔融温度。煤灰实际上是各种矿物成分的复合物，它是以硅酸盐和硅铝酸盆的形式存在。煤灰的成分很复杂，因此，没有确切的熔化温度。只能用温度特征来表示煤灰的熔融特征。

煤的灰熔融性对锅炉燃烧及煤质活性炭的活化过程是重要的煤质参数。煤的灰熔点过低，在炉昆上容易结碴，影响燃烧的正常进行。若用灰熔点低的煤生产煤质活性炭，在活化过程中，碳化料容易在火化道蓖上爬碴，生瘤，影响活性炭的质量和活化炉的寿命。

【煤的燃点影响煤质活性炭的质量】

煤与氧作用使煤体温度升高，当温度达到一定程度时，煤开始着火燃烧，此温度称为煤的燃点。但目前实验室测得的煤炭燃点，只是相对值，它是将NaNO2与煤样按一定比例混合，在燃点测试装置中按规定的升温速度加热，使其爆燃，爆燃的温度即为煤的燃点。显然，这种方法测出的燃点低于实际煤的燃点。

煤的燃点受煤的种类影响较大，如泥炭的燃点(225~280℃)，褐煤(250~450℃)，无烟煤(440一500℃)，焦炭的燃点较高(700~750℃)。不同的煤质燃点不同。水分大、含氧量高、挥发分高的煤及黄铁矿含量高的煤燃点均较低，易自燃。温度、煤岩组分、煤的粒度也是影响煤炭燃点的因素。

在活性炭生产中，着火点高的煤制备的碳化料，在碳化中不易被氧化，在活化炉中，温度容易控制，有利于活性炭的质量。

【活性炭制作化学活化和物理活化】

活性炭是一种既传统又现代的材料。随着人类社会的不断发展，活性炭己经在食品、医药、化工、环保等诸多的领域得到了广泛应用;应用数量也不断递增。近几年来，全球对活性炭的使用量年年增长。我国活性炭产量己经居世界前列，但是我国生产的活性炭性能一般，性能优良活性炭主要还是依靠进口。

制备活性炭的原料非常丰富，如煤、果壳、稻壳、石油焦、树脂、沥青、废旧轮胎等。其中，果壳类原材料来源广泛、成本低廉，并且具有优质的天然结构，利于形成发达微孔结构，己经得到越来越多的关注。活性炭制备方法主要分为两大类:化学活化法和物理活化法。化学活化是通过化学试剂如KOH、Zncl2等与碳材料发生一系列的交联或缩聚反应，进而创造出丰富微孔;物理活化是利用空气、二氧化碳、水蒸气等氧化性气体在高温下与碳材料内碳原子反应。化学活化优点是活化时间短、活化温度低。但是，大量化学试剂的使用提高了制备成本，高温下对设备有较强腐蚀作用，在洗涤过程中需要大量水，这些废水经过复杂处理工艺后才能达到环保排放要求。正是这一原因，目前，在工业上大多采用水蒸气活化来制备活性炭。

活化物理优点是工艺简单、清洁，活化后不需要洗涤。水蒸气活化速度较快，但是很难得到高比表面积活性炭;采用二氧化碳活化，可以得到高比表面积活性炭，但其活化温度高、速度慢，因此能耗很高，活化时间通常需要凡十小时，甚至上百小时。加入适当催化剂可有效缩短活化时间，但是仍然难以满足工业化生产需要。

总之，化学活化和物理活化都有各自的优势和不足。在保持制备工艺简单、清洁基础上，如何进一步降低制备成本，成为今后研究重点。

【煤质颗粒活性炭粒度的测定】

煤质颗粒活性炭的试验方法-粒度的测定标准规定了煤质颖粒活性炭粒度侧定所孺仪器、侧定步骤及测定结果的处理等内容，标准适用于煤质颗粒活性炭粒度的测定。

1、方法提要

将一定质量的净化水用煤质颗粒活性炭试样置于振筛机上进行筛分，以保留在各筛层上的试样的质量占原试样质量的百分数表示试样的粒度分布。

2、测定步骏

a.根据产品技术要求，选取一组相应的筛层，按筛孔大小，由上而下顺序排列，安放在振筛机上。

b.称取100 g试样倒入振筛机的最上层筛子内，盖上筛盖，扣紧全套筛子。开动振筛机，同时启动定时器(或欺动秒表)。

c.振筛(600士10) s。

d.松开振筛机夹子，拿下筛盖，依次轻轻取下各层并将各层中的试样用瓷盘分别收集。卡在筛孔上的活性炭轻轻震拍筛框或用刷子刷下，也作该筛层上的筛分。

e.依次称量每一筛层以及底盘内的筛分质量(精确至o.1 ),

f.重复s. l至s. 5步骤，再做一份试样。

3、煤质颗粒活性炭粒度计算公式：

Li(%)=mi/m×100%

式中Li—第i层粒度的质量分数,%;

mi—第i层筛上的试样质量,B:

m—原试样的质量,g。

【活性炭的用途功能】

活性炭广泛用于工业三废治理、溶剂回收、食品饮料提纯、载体、医药、黄金提取、半导体应用、电池和电能贮存等。调整活性炭的孔隙结构，对表面基团进行改性，对提高其特殊性能和特定吸附催化作用具有十分重要的作用。

绝大部分含碳物质都可制备活性炭，如木材、锯末、煤类、泥炭类、果壳、果核、蔗渣及稻壳、石油废料、废旧塑料、废旧皮革、废轮胎、造纸废料、城市垃圾等废弃物。目前普遍认为果壳是制备活性炭的最佳原料，但我国果壳资源十分有限，且不易集中、贮存，价格昂贵。近年来，国内外对各种价格较低、来源广泛的废弃物相继进行了制备活性炭的试验[1]。目前由废弃物制得的活性炭性能并不高，实际应用还较少，但因其价格低廉、含碳率高、材料易得、原料充足且绿色无毒而日益受到青睐。有效地利用废弃物生产活性炭，不仅可节约资源且有利于保护生态环境。

在环保产业当中，活性炭用量最大的是城市水源净化工程和污水处理工程，约占环保产业活性炭总用量的70%以上;其次是空气净化，活性炭用量也在逐年上升。然而，活性炭生产过程却存在着一定程度的环境污染。在国家环保政策越来越严的情况下，解决好活性炭生产企业的环保问题，是活性炭行业可持续发展的重大课题。有专家指出：未来10-20年，我国的活性炭需求将进一步加大，中国活性炭产业将向着低消耗、低污染和高品质、高科技的方向发展[2]。

活性炭作为优良的吸附剂在饮水的净化、废水的深度处理、净化或储存气体等方面有着广泛的应用。研究表明，活性炭主要对相对分子质量小于3000，尤其是500-1000的有机物吸附作用较强。影响活性炭性能的主要因素有比表面积大小、孔容和孔径分布。一般比表面积、孔容越大，其吸附能力越强。

能源，不仅支撑了西方数百年的工业持续快速发展，更是我国的主体能源和重要工业原料。

《ＢＰ世界能源统计年

■年！＾乂来的最高值３０．１％＂，截止目前煤炭仍是世界最丰富的固体燃料来源Ｗ。煤

厂的背景下，到２０３５年，煤炭仍将增长约１７％，而且全球的能源结构都不会发生较大

化１＂。根据最新我国煤炭资源潜力评价结果，煤炭在我国己操明化石资源中的占比高达约

９４％ｗ，是我国可从长期依赖的基础能源１＂。尽管我国能源结构在不断调整，但＂富煤、

煤是一种重耍的低品质煤形式，其储量约占世界煤炭的４５％＂。第Ｓ次全国煤炭资源调查

表明我国褐煤储量约为１３１１亿吨，占全国已探明煤炭保有储量的１３％ｗ．因此，从世

未来能源可

特征一般为：变质程度低、含水率高（可达３０￣７０％＂’＂１）；芳香核缩合程度低、

高巧达４５？５５％ｗ）；酸性含氧官能团丰富、氧含量高巧达２０￣３０％ｗ）；碳化程

含量低（约２５￣３５％＂＂）；成岩程度低、巧部孔陳丰富、密度低；含水丰富，热值低。

过提质后，水分降低，发热量提高，煤质开始向高品位煤接近。提质褐煤产品可作为动力、

根据褐煤品质特点，开发高

水煤浆是由煤、水和化学添加剂按一定比例混合成的一种煤基液态燃料，可Ｌ乂像油一样的

浆技术的问世源于１９７３年爆发第一次世界石油能源危机，截止目前水煤浆技术已经发展

成熟并被广泛应用于各种工业燃燒和气化领域。据不完全统计，截止２０１３年底，我国每

年生产和使用量的水煤浆燃料已达五千万吨；在气化水煤浆领域，１＾义水煤浆进料的气化

投产数量近王百台，毎年消耗的水煤浆量达一亿吨Ｌ乂上＂３１。随着气头采用水煤浆进料

的加压气化技术的各种煤化工项目的建设，气化水煤浆的用烘量将预计突破两亿吨＂３１。

足水煤浆工业的可持续发展，需要扩大其原料煤的种类，制浆煤种目前己开始向褐煤过渡。

但褐煤变质程度较低，水

近年来，随着能源危机的加剧，人们逐渐认识到煤层气作为一种替代燃

料具有费用低和清洁能源的特点

[10]

，且能够改变目前的能源结构；与燃煤相

比，煤层气燃烧的灰份排放量为燃煤的

1/148

，

SO

2

排放量为燃煤的

1/700

，

CO

2

排放量为燃煤的

3/5

。以我国为例，我国能源工业是以煤炭生产为主，

原油、天然气和水电为辅的能源生产体系，其中天然气所占比重较小。长期以来，我国煤炭消费占全国一次能源消费的比重一直维持在

70%

左右。据预

测，到

2020

年我国能源结构仍然以煤炭为主，在我国一次能源消费结构中

煤炭占

61.4%

，石油和天然气仅占

21.1%

和

6.6%

，比世界平均油气消费水平

分别低

16.9%

和

18.4%

。我国以煤为主的能源消费结构所带来的最大的问题

是环境污染。据联合国一项调查报告显示，我国采煤过程中自然释放的甲烷

量每年约

1.94×10

10

m

3

，占全世界采煤排放甲烷总量的

1/3

。煤层气是一种洁

净的能源，开发利用煤层气，不仅可以减少甲烷向大气中排放所造成的环境污染，而且可以接替和补充常规天然气资源，优化我国能源消费结构，延长产业链

[11,12]

。