摘要:从活性炭的制备技术和活性炭的应用两方面综述了国内外活性发近20年的研究进展。总结了活性炭的化学活化法和物理活化法的发展状况，对制备技术中的最新突破—物理法-化学法活性炭一体化生产工艺进行了介绍，并且简述了活性炭工业生产中无公害化、低消耗、预处理的生产技术，以及吸附达饱和活性炭的再生生产技术，同时总结了活性炭在气相吸附、液相吸附和作为催化剂载体等方面的应用进展。提出了目前活性炭生产应用技木存在的问题，明确了活性炭产业发展的出路与对策，指明了活性炭未来的研究方向。
关键词:活性炭:制备:应用；发展趋势
活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称。活性炭在石油化工、食品、医药乃至航空航天等领域均有广泛应用，已成为国民经济发展和国防建设的重要功能材料。近年来，随着环保、新能源等行业的快速发展，功能型活性炭的市场需求激增，我国活性炭的生产量和出口量均已达到世界第一。同时，生物质热解固炭技术也是公认的解决气候变化问题的有效措施之一。因此，针对活性炭科学研究与产业化开发存在的问题，本论文综述了活性炭制备与应用技术研究现状及发展
1.国内外活性炭制备技术进展
1.1化学活化法
化学活化法就是通过将各种含碳原料与化学药品均匀地混合后，一定温度下，经历炭化、活化、回收化学药品、漂洗、烘干等过程制备活性炭。磷酸、氯化锌氢氧化钾、氢氧化钠?、硫酸、碳酸钾、多聚磷酸和磷酸酯等都可作为活化试剂，尽管发生的化学反应不同，有些对原料有侵蚀、水解或脱水作用，有些起氧化作用，但这些化学药品都可对原料的活化有一定的促进作用，其中最常用的活化剂为磷酸、氯化锌和氢氧化钾。化学活化法的活化原理目前还不十分清楚，一般认为化學活化剂具有侵蚀溶解纤维素的作用，并且能够使原料中的碳氢化合物所含有的氢和氧分解脱离，以H2O、CH4等小分子形式逸出，从而产生大量孔隙。此外，化学活化剂能够抑制焦油副产物的形成，避免焦油堵塞热解过程中生成的细孔，从而可以提高活性炭的收率。虽然最近几年国内外对化学活化法的研究较多，也制得了高比表面积的活性炭产品，但对活化机理研究还需要不断深化。
ZnCl2在活化过程中使木质纤维原料发生脱氢反应并进一步芳构化，从而形成初步孔结构，水洗脱除氯化锌后即形成孔隙结构。此外还有学者认为氯化锌在炭化时形成新生炭沉积的骨架，当其被洗去之后，炭的表面便暴露出来，构成了具有吸附力的活性炭内表面。氯化锌活化工艺流程与磷酸活化法工艺基本相似。
氯化锌法活性炭由亍其孔径分布相对集中、吸附力强等特点，一直受到国内外市场的青睐，霽求量逐年増加。国内生产氯化碎法活性炭的厂家主要集中在福建省、扛西省和安徽省,已有多家企业实现了环保排放达标生产。活性炭生产中间歇法的平板炉活化方式由于手工操作多、劳动强度大、环境污染严重、能耗禽等问题，已被明确淘汰；回转炉法具有生产能力大、机械化程度高、产品质達较稳定等优点，是目前国内外氯化锌法活性炭的主体设备，工艺难点在于尾气处理和氯化锌回收等方面。日本使用外热式回转炉较多，中国普遍使用的是内热式回转炉。外热式与内热式回转炉的主要区别在于外热式的高温气流与物料不直接接触，而是靠炉壁辐射加热物料，这种炉型有利予产品质量的提高，但对制造回转炉的材料有较禽要求;内热式则是禽温烟气流直接加热物料，对炉体材料要求较低，比较节能。
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1.2物理活化法
物理法通常又称气体活化法，是梅已炭化处理的原料在800~1000℃的高温下与水蒸气、烟道气.(水蒸气、C02、N2等的混合气）或空气等活化气体接触，从而进行活化反应的过程。物理活化法的基本工艺过程,主要包括炭化、活化、除杂、破碎(球磨）、精制零工艺，制备过程洁，液相污染少。，在制备过程中，具有氧化性的高温活化气体无序碳原子及杂原子首先发生反应，使原来封闭的孔打开，进而基本微晶表面暴露，然后活化气体与基本微晶表面上的碳原子继续发生氧化反应，使孔隙不断扩大，一些不稳定的炭因气化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物气体，从而产生新的孔隙，同时焦袖和未炭化物等也被除去，最终得到活性炭产品。活性炭发达的比表面积则源自中孔、大孔孔容的增加，形成的大孔、中孔和微孔的相互连接贯通。近年来也开发出不需活化气体的微波活化法和热解活化法等等。由于物理法工艺流程相对简单，产生的废气以CO2和水蒸气为主，对环境污染较小，而且最终得到的活性炭产品比表面积高、孔隙结构发达、应用范围广，因此世界范围内的活性炭生产厂家中70%以上都采用物理法生产活性炭。炭活化过程中产生大量的余热，可满足原料烘干、余热锅炉制高温蒸汽、产品的洗涤烘干等所需热能。
2.国内外活性炭应用进展
活性炭工业发展的先导是活性炭应用的开拓。活性炭的应用与科技的发展和人们的生活息息相关，时至今日大部分科学领域均有活性炭的应用，如环保、化工、电力、航天和国防等等。然而，传统的活性炭应用均是基于活性炭的强吸附性，如何进一步开拓活性炭其它方面的应用，如用于催化、电化学等则极为重要。
应用活性炭的气相吸附应用有很多，如与储氢合金形成的复合材料可以在温和条件下吸附氢气或天然气混合物，从而可以应用于炼油厂催化干气中氢气的吸附;城市天然气用量随时间变化而或高或低，通过高比表面积的活性炭吸附罐可以有效实现天然气管道下游调峰，进而降低投资成本。除用于能源气体的储存外，美国、德国等发达国家还开发出了基于活性炭的，具有多次再生功能的新型织物，并将之应用于许多特殊服装如飞行服、抗皱内衣等的制造。
与室外空气污染相比，室内环境污染对健康的危害更为直接，是导致人们过敏、气喘、免疫疾病等的重要原因。室内环境污染的污染源很多，包括建筑装潢材料、厨房油烟、家具用品以及烟草烟气等。随着人们对家居环境的重视程度越来越高，室内空气净化用活性炭的市场需求越来越大，因此适于室内用的即效性活性炭空气净化装置也将会得到普及。根据室内有毒气体的种类和分子大小，经过孔径调控的活性炭可以特异性的将之去除，从而根除室内污染。化学喷涂方法只能暂时遮盖或淡化污染物气味，不能稳定去除缓慢释放的有害气体。目前，民用活性炭的市场已超过10亿元/年，竞争越来越激烈，但是暂没有相关国家或行业质量标准，导致市场混乱，产品质量参差不齐。由中国林科院林产化学工业研究所承担的室内空气净化活性炭的系列标准正在制定中，标准实施后将有效规范空气净化活性炭的市场。
4.展望
今后，活性炭产业必须步入经济、环境、社会“三赢”的可持续发展之路，在进行活性炭产业结构调整时，加快活性炭企业向高科技、规模化、自动化和符合环保要求的方向发展，提高企业的技术水平，争取再形成若干优势互补、内外结合、增值率高、创新能力强的活性炭经济增长点和产业群。
参考文献:
[1]刘纪龙,唐述雄,姚思聪,等.污泥活性炭制备和应用的研究进展综述[J].净水技术,2016,35(5):22-27.
[2]邹专勇,周建迪,杨艳秋,等.生物质活性炭制备关键技术与应用现状[J].成都纺织高等专科学校学报,2016,33(2):53-57.
论文作者:郭天华
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/19
标签：活性炭论文; 氯化锌论文; 孔隙论文; 气体论文; 表面积论文; 化学论文; 原料论文; 《防护工程》2017年第35期论文;