摘要：以松杉木枝丫（鋸屑）炭為原料，配以特制的復合型粘結劑經(jīng)磨細、粘結、成型造粒、炭化活化，制取的木質(zhì)顆粒炭，其吸附性能優(yōu)于煤質(zhì)、果殼類顆粒炭；其微孔、中孔容積之和比煤質(zhì)、果殼炭高，特別是中孔容積值明顯增高；添加助活化劑后，其吸附性能更可與部分進口炭媲美。
活性炭因其具有巨大的比表面積，發(fā)達的孔隙結構，強大的吸附能力，穩(wěn)定的化學、物理性質(zhì)，能耐酸堿，耐高溫以及表面含有多種官能團等特性，而被廣泛應用于化學工業(yè)的氣相、液相處理。目前，國內(nèi)在連續(xù)化裝置中，普遍采用的是煤質(zhì)柱狀顆粒活性炭或煤質(zhì)、果殼類不定型顆�；钚蕴�，但由于受到原材料性質(zhì)的限制，其應用效果亦產(chǎn)生了局限性，我們應用戶要求，研制了木質(zhì)柱狀顆粒活性炭。因為木材本身就是多孔性的材料，灰分低，雜質(zhì)少，所制成的活性炭有獨特的優(yōu)越性，因此木質(zhì)柱狀顆粒炭的吸附性能大大優(yōu)于煤質(zhì)炭和果殼類活性炭。
1 研制的機理及生產(chǎn)工藝
我們選擇了資源豐富的松杉木枝丫炭和其鋸屑炭作為原料，經(jīng)磨細、粘結、成型造粒、炭化活化而制取了木質(zhì)柱狀顆�；钚蕴�。
對木炭的要求，通常以固定碳在65%以上，灰分在4%以下，揮發(fā)分在18%~25%為宜。木炭的結構屑黑炭類，屬無定型炭。木炭經(jīng)過磨細，除去了間隙，碳骨架就暴露了，這樣對活化效果有好處。同時，炭的細度在成型過程中也起到很大作用，因此，就目前工業(yè)生產(chǎn)的能力，我們把細度定在200~300目/英寸。
原料炭經(jīng)磨細后加上粘結劑進行攪拌成型，也就是炭粉與粘結劑揉成一體，到達一定程度后，壓塊、擠壓成炭條。在揉合過程中，炭粒表面不斷與空氣接觸，如同覆蓋吸附著一層氣膜，它阻隔了與粘結劑的緊密結合，親和力下降，影響成型壓力。如果增加粘結劑的用量或添加水，能起到趕走氣體、克服阻隔的作用，但會造成潤滑過度，成型壓力過低。在相同的炭化溫度下，成型壓力增加，炭化料的強度會提高，反之，則下降。這是與水和油性粘結劑的不相容性以及氣化膨脹性有關，粘結劑的增加造成了炭條中揮發(fā)含量過高，破壞了碳鏈結構。
另外，在相同的活化條件下，因為成型壓力及炭化溫度的不同，其孔隙結構及吸附性能不同，成型壓力的過高，以及在高炭化溫度的過度停留，都會使孔容量減少。為此，我們特配制了一種復合型粘結劑，經(jīng)過反復篩選，優(yōu)選出2種配方，用中溫瀝青和焦油按一定比例調(diào)配，同時添加了適量的潤滑劑。在第二種配方中，還添加了助活化劑。炭化工藝采用了瞬間高溫炭化法，有效地避免了氧化，減少了炭的燒失；燒結過程快，盡量多地留下了固定碳與炭粒間的碳鏈結合定型。
在活化過程中，小型試驗爐內(nèi)部結構模擬了斯列普爐的原理，以致在投入生產(chǎn)型批量試驗變得較為容易。我們采用了調(diào)整炭汽比及活化溫度（不同于通常生產(chǎn)顆粒炭的指標），有效地調(diào)整了活性炭內(nèi)部孔容分布，改善了吸附性能。
2 結果與討論
采用上述工藝，我們成功地制取了木質(zhì)柱狀顆�；钚蕴�，并用第一配方的工藝進行了批量生產(chǎn)，依照活性炭的國家標準（1990及1997年），將測定的結果列入表1。為了比較方便，在同樣條件下，測定了國內(nèi)外幾種較為代表性的柱狀顆粒活性炭及果殼類顆�；钚蕴考拔锢矸ǚ蹱罨钚蕴康闹笜耍⑶覍追N常規(guī)產(chǎn)品委托有關部門采用Micromeritics儀器測定了其比表面積和孔容分布，列舉在表1中。
表1 木質(zhì)柱狀顆粒炭同其它產(chǎn)品的指標比較
| 名稱 | 碘吸附值(mg/g) | 亞甲基藍吸附值(mL/g) | 苯吸附值(mg/g) | 四氯化碳吸附值(mg/g) | 磨損強度% | 比表面積BET(m2/g) | 微孔容積(mL/g) | 中孔容積(mL/g) |
| 木質(zhì)柱狀顆粒炭（Ⅰ） | 950-980 | 120-130 | 750 | 90（82） | 950 | 0.253 | 0.233 | |
| 木質(zhì)柱狀顆粒炭（Ⅱ） | 1095 | 160 | 502 | 1030 | 35（78） | |||
| 本廠煤質(zhì)柱狀顆粒炭 | 970 | 88 | 550 | 90 | 942 | 0.224 | 0.092 | |
| 寧夏煤質(zhì)柱狀顆粒炭 | 1050 | 105 | 280 | 700 | 90 | |||
| 不定型顆粒果殼炭 | 980 | 120 | 320 | 650 | 95 | 916 | 0.264 | 0.183 |
| 不定型顆粒椰殼炭 | 1020 | 105 | 350 | 650 | 95 | 978 | 0.294 | 0.075 |
| 物理法粉狀炭 | 1180 | 165 | 1260 | 0.253 | 0.233 | |||
| 日本進口炭 | 1180 | 142 | 310 | 780 | 92 | |||
| 美國進口顆粒炭（A） | 947 | 105 | 423 | 980 | 87 | |||
| 美國進口顆粒炭（B） | 1147 | 200 | 530 | 1150 | 95 |
注：木質(zhì)柱狀顆粒炭（Ⅰ）表示第一配方批量生產(chǎn)的，木質(zhì)柱狀顆粒炭（Ⅱ）表示第二配方水試的數(shù)值。
由表1中的比較，可以看出：
2.1) 我們制得的木質(zhì)柱狀顆�；钚蕴�，其吸附性能優(yōu)于國內(nèi)目前生產(chǎn)的各類煤質(zhì)、果殼類顆�；钚蕴俊Ｌ貏e是在吸附亞甲基藍上更具有優(yōu)勢，如(I)型木質(zhì)柱狀顆粒炭對亞甲基藍的吸附能力，已充分顯示了物理法粉狀炭的重要特征。同時，兼?zhèn)淞祟w粒炭在工業(yè)應用中的連續(xù)性功能。
2.2) 從孔容積及其分布來看其微孔、中孔容積之和要比煤質(zhì)及果殼活性炭來得高，特別是中孔容積值相當明顯。它與物理法粉狀炭很相似。它為吸附質(zhì)充分填入吸附劑提供了方便。這可能是導致對亞甲基藍及有機榕劑吸附量加大的原因。
2.3) 用添加助活化劑制取的(Ⅱ)型木質(zhì)柱狀顆粒炭，其吸附性能可以與部分進口炭媲美。對亞甲基藍及苯、四氯化碳的吸附，已超過日本白鷺CX4/6炭和美國進口的A型炭，接近其B型炭。
2.4) 該活性炭在強度上雖然基本滿足用戶需要，但與煤質(zhì)柱狀顆粒炭相比尚有差別（按煤質(zhì)炭測試方法同測），尚須進一步調(diào)整。
2.5) 我們這次試制的本意是為了修正煤質(zhì)顆粒炭的吸附性能，從表1所列而知，已達到了目的。通過(Ⅱ)型試驗，還意外地獲得高吸附性能，這為我們進一步研制高吸附性能柱狀活性炭提供了一條可行途徑，只要在強度上加以改進，木質(zhì)柱狀顆粒活性炭可以替代進口產(chǎn)品用于我國特殊行業(yè)。