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物理活性炭和煤質活性炭性能差異根本原因
編輯:安徽久泰新材料科技有限公司   時間:2022-07-27

物理活性炭以木材為原料,通過物理化學工藝生產,并通過具有高吸附性能的活性炭后處理科學配方精制而成。木材原料所生產的物理活性炭,孔隙均勻,硬度高,抗磨性好,微孔容積極大,比表面積常達 1500m2/g 以上 。而且對于木質原料,無論是化學活化工藝還是水蒸氣活化方法,均可得到高吸附性能的微孔炭。


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而煤質活性炭中,除了極少以泥炭(結構上與木質原料相似)為原料制備的活性炭具有較高的比表面積外,煤質炭的吸附性能普遍低于物理活性炭木質炭。

造成這種差別的原因首先是煤和木質原料在結構上的差異。隨變質程度的不同,從褐煤到無煙煤,含有由少到多的芳環(huán)數(shù),結構越來越致密、有序,尤其是高變質程度的無煙煤,結構序理大大增加,已接近三度空間的有序結構。

木質原料的主要成分是纖維素、半纖維球和木質素,結構上含有較多的氧,如纖維素分子的重復單元中含有相當于5 個水分子的H和O,遠遠不是石墨結構, 甚至連石墨的基本結構一一方環(huán)尚未形成 。木質原料和煤在炭化過程中的差別更強化了它們在結構上、進而在活性炭產品吸附性能上的差別。


煤炭化時一般形成液相,有利于中間相的生成和發(fā)育,使微晶的擇優(yōu)取向成為可能,易于生成易石墨化、各向異性的炭素前驅體,這就決定了以后生成的活性炭性能低劣。無煙煤盡管在炭化時不生成液相,但在炭化前就己是各向異性的結構,因此炭化后呈易石墨化結構也是意料之中的。

木質原料的炭化是典型的固相炭化,炭化料可保持原料的無定形結構特征,生成各向同性的難石墨化的炭素前驅體。在炭化的階段,纖維素的基本結構維持不變,表現(xiàn)出完全無定形的結構。半纖維素、木質素也是木質原料的主要成分,它們和纖維素一樣,在分子結構內結合有氧原子,炭化時也不軟化,經固相炭化后生成以無定形炭結構為士的炭化物。


因此,與煤的結構和炭化過程均不同,木質原料特有的結構以及固相炭化過程,生成了石墨化的炭素前驅體,再經進一步的固相活化過程,可生成性能極優(yōu)的物理活性炭。這從根本上解釋了煤質活性炭與物理活性炭(木質炭)性能上的差異。

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