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炭分子篩與活性炭的生產(chǎn)工序大致相同 吸附分離選擇性不同

2012-06-14 10:24 來源:未知

 

    炭分子篩與活性炭的生產(chǎn)工序大致相同 吸附分離選擇性不同
    炭分子篩是特別發(fā)達微孔結(jié)構(gòu)的新型炭質(zhì)吸附劑。
    自1948年Emett發(fā)現(xiàn)樹脂炭化后有分子篩的作用以來,德國、日本、美國及中國等在此領(lǐng)域均做了卓有成效的工作并先后投入實際應(yīng)用。
    炭分子篩具有炭素材料所共有的耐熱、耐腐蝕性能,其化學(xué)組成類似與活性炭,但兩者的孔徑分布和孔隙率顯著不同。活性炭的孔徑分布寬,孔徑氛圍介于0.5~10000nm,其中包括孔徑小于2nm的細孔、2~50nm的中孔和50~100nm的大孔;炭分子篩的孔隙以微孔為主,孔徑較均勻,介于0.3~0.7nm,孔隙的形狀為平行的狹長縫隙結(jié)構(gòu),由于它的孔徑只有分子大小,所以可起到分子篩的作用。
    活性炭和分子篩的吸附分離選擇性不同:前者基于其孔隙表面對不同氣體分子的分子間作用力不通,后者則由微孔尺寸是否允許氣體分子進去和微孔內(nèi)表面對不同氣體的分子作用力不同這個因素決定。
    制備炭分子篩的工序與活性炭大致相近,由原料煤粉碎加黏結(jié)劑捏合、成型、炭化、活化和炭沉積等工序組成。根據(jù)原料不同,有的只需炭化,有的炭化后尚需輕微活化或適當堵化。
   (1)原料
    很多富含碳的物質(zhì)均可作為炭分子篩的制備原料,如木材、果殼(椰殼、核桃殼)、有機高分子聚合物、煤、半焦和活性炭等,其中以煤為原料有實用意義。
   (2)預(yù)氧化
    黏結(jié)性煙煤需預(yù)氧化,以破除黏結(jié)性和有利于形成均一微孔,一般用流化床空氣氧化法,溫度200℃左右,時間數(shù)小時。
   (3)捏合、成型
    黏結(jié)劑有煤焦油、紙漿廢液等,添加量在25%~40%之間,捏合好壞對產(chǎn)品質(zhì)量影響顯著。
   (4)炭化
    它是關(guān)鍵工序。升溫速度、炭化終溫是重要因素,升溫速度低,有利于揮發(fā)均勻逸出,控制在3~10℃/min,炭化終溫在700~900℃,溫度高有利于生產(chǎn)微孔,一則原有小孔經(jīng)過收縮變?yōu)楦〉奈⒖祝⻊t由于高溫縮聚反應(yīng)而形成新微孔。
   (5)活化
    某些原料(如無煙煤)在炭化后微孔不多或太小,利用活化劑(如二氧化碳、一氧化碳和水蒸氣)輕度活化,可使孔徑擴大到所需范圍。
   (6)炭沉積
    原料經(jīng)炭化和活化后,形成了較發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu),但孔徑不均一,有一部分不利于分離的大孔,炭沉積的原理是某些類,如苯、甲苯、長鏈烷弳等在大孔表面或入口處熱解析出游離碳,從而在盡量不減少炭分子篩有效孔隙容積的前提下使大孔孔徑減少。
    炭分子篩用于空氣分離,不是因為它對氧氣和氮氣的平衡吸附量不通,而是基于氧氣、氮氣的擴散速度差異,利用氧氣的擴散速度遠高于氮氣的特點,在遠離平衡的條件下使氮氣得到富集。從焦爐煤氣中分離氫是基于炭分子篩孔隙內(nèi)表面對不通氣體分子的分子間力差異,焦爐煤氣中的成分都可進入孔隙,氫分子小,其吸附容量低,故直接穿過吸附塔而被富集,其他成分則被吸附下來。
    炭分子篩主要用作吸附劑、氣相色譜固定相及催化劑載體三個方面:
    1.吸附劑 用于變壓吸附工藝分離空氣制取高純氫氣;
    2.氣相色譜固定相 在永久性和稀有氣體及C₁~C₃烴類的分析方面有優(yōu)良性能;
    3.催化劑載體 用于烴類的選擇加氫或脫氫,其中用炭分子篩進行乙苯的催化氧化脫氫實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
    隨炭分子篩應(yīng)用范圍的擴大,不同成分的分離記錄尚需進一步研究。

 

    《炭分子篩與活性炭的生產(chǎn)工序大致相同 吸附分離選擇性不同》源自:http://adtgayrimenkul.com

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