工業分析煤質活性炭化學性質及其元素組成
工業分析煤質活性炭化學性質及其元素組成
(1)工業分析
對于煤質活性炭及其原料炭化物中所含有的揮發分數量的測定,通常采用的方法是將試樣放在鉑金坩堝,避免與空氣接觸,在900℃下加熱7min,求出加熱減量對試樣的質量分數,并從該分數中減去同時進行測定得到的水分值(干燥減量)以后,便得到試樣的揮發分含量。灰分(強熱殘分)的測定方法是將干燥過的試樣放在瓷坩堝中,在溫度調節至800~900℃的高溫電爐中灰化,殘留物質的質量分數為灰分。固定炭是以干燥試樣作為100%,減去灰分與揮發分所得到的數量。
通常物理法生產的活性炭,由于是在溫度為900℃以上制得的,揮發分很少;而化學法活性炭,其活化溫度一般是在500℃以下,所以揮發分含量較高。活性炭原料炭化物的揮發分受炭化溫度的影響很大。實驗表明,溫度上升,揮發分含量減少;炭化反應在500℃以下劇烈進行,在600~700℃基本上結束。固定碳含量的變化基本上與揮發分相對應,在炭化反應結束的700℃以上基本不會再增加。
灰分是活性炭原料選擇方面的一個重要指標。原料中的無機成分在炭化過程中幾乎不減少而后殘留與木炭中。原料中的灰分含量即使只有1%,活性炭的灰分含量也可能達到10%,甚至更高。由于灰分不具有吸附能力,因此活性炭吸附能力與其灰分含量成正比,即活性炭灰分含量越高,其吸附能力相對越低。所以在活性炭的選擇過程中,盡量選擇其灰分含量低的產品。
(2)原素分析
活性炭的元素組成通常可通過元素分析裝置進行測定,活性炭的元素組成90%以上是碳,這就很大程度上決定活性炭是疏水性吸附劑。氧元素的含量一般為百分之幾,其一部分存在與灰分中,另一部分在碳的表面以羚基之類的表面官能團形式存在。由于這部分氧元素的存在,使活性炭具有一定的親水性,而并非是完全的疏水性。因其親水性的存在,使得其能夠將孔隙內的空氣置換為水,進而吸附溶解于水中的有機物,使活性炭用于水處理成為可能。
氮與硫的含量,在植物類原料的場合通常非常少。原料中含有的蛋白質以及硫化物,在炭化及活化過程中,大部分會揮發掉,有時會有微量的殘留。殘存的微量氮原子,有時能夠提高活性炭的催化性能。
活性炭中的灰分含量,由于原料和制備過程的不同,而有顯著的差異。一般木質活性炭灰分的含量較少(一般<5%)。當原料灰分含量較大時,需要對原料進行脫灰處理以后再生產活性炭。
(3)有害物質
活性炭中的微量雜質必須盡量加以控制。活性炭中存在的重要的雜志是砷。砷存在與自然界,使用椰子殼以及木質類原料時必須注意。土壤中的砷濃度太大,導致原料中的砷濃度也增大,而用這些原料生產的活性炭中砷的濃度就會超標。所以,生產活性炭時對于砷要求嚴格地進行控制。同時,對于使用各種廢棄物為原料生產活性炭,需要先進性檢測此原料是否收到重金屬的污染。
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