摘要：粉狀活性炭性能優(yōu)良，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴大，相關(guān)行業(yè)不斷對生產(chǎn)方法、工藝路線進行研究和改進以滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需求。
隨著食品、醫(yī)藥、輕工、環(huán)保等行業(yè)的發(fā)展，活性炭作為一種吸附脫色劑，其用量迅速增加。建國初期我國活性炭的年產(chǎn)量僅為30多噸，至1996年，全國生產(chǎn)廠家有二百多個，年產(chǎn)量達13萬噸。
根據(jù)活性炭的用途不同可將其制成粉狀和粒狀，粒狀活性炭又分定型炭（例：柱狀、球狀等）和非定型炭；根據(jù)生產(chǎn)中所用活化劑的不同又可將其分為物理法活性炭和化學(xué)法活性炭；根據(jù)生產(chǎn)原料不同亦可分為木質(zhì)炭和煤質(zhì)炭，因木質(zhì)原料孔隙度大，內(nèi)部細(xì)胞組織有許多天然孔隙（木炭的比表面積為206-429m2/g），使活化劑易進入，且接觸反應(yīng)面大易活經(jīng)，而煤則不同（煤制焦炭的比表面積僅為20-80m2/g），故與活化劑的反應(yīng)面比木炭小的多。總之，以化學(xué)法木質(zhì)粉狀活性炭的脫色性能較佳，它在水解發(fā)酵有機合成制糖制藥凈水和環(huán)保等領(lǐng)域，用于除去發(fā)色體膠質(zhì)，吸附異味，防止液體渾濁，除去泡沫，提高蒸發(fā)結(jié)晶速度。例：我省滿城檸檬酸廠、保定磺酸廠、保定化工二廠的木糖車間、邢臺植酸廠、石家莊副食二廠的味精車間、趙縣葡萄糖廠、華北藥廠淀粉分廠、辛集飴糖廠和乳酸廠等均采用粉狀木質(zhì)活性炭作為產(chǎn)品的精制脫色劑。由于其用量大，涉及范圍廣，故國內(nèi)各生產(chǎn)、科研單位不斷對其生產(chǎn)工藝技術(shù)設(shè)備等進行探索研究及改進。
1 粉狀木質(zhì)活性炭的生產(chǎn)方法
1.1 化學(xué)法粉狀木質(zhì)活性炭
1.1.1 原理
化學(xué)法活性炭的成熟工藝為氯化鋅法，國內(nèi)活性炭生產(chǎn)廠大多采用該法，其活化原理為：氯化鋅在炭化活化中有脫水作用，使用機木質(zhì)原料中的氫氧元素以水的形式逸出，如此可降低炭化活化溫度，改變熱解路線，另外氯化鋅溶液對木質(zhì)原料有溶解侵蝕作用，故可順利滲透到原料內(nèi)部，到達木質(zhì)原料中纖維形成的細(xì)孔中，以實現(xiàn)完全活化，活化過程中氯化鋅多數(shù)留在炭中起骨架作用而形成的炭則沉積在骨架上，當(dāng)最后用水洗掉氯化鋅后，則炭形成多孔，從而具有吸附、脫色作用。
1.1.2 工藝過程
捏合：首先將工業(yè)品氯化鋅配成45-50波美度的水溶液，其pH值為4.5-6.5（指-滴氯化鋅溶液溶于25ml蒸餾水中所測值），然后與烘干的木屑以1:3-4的固液比投入捏合機中，使充分捏合均勻，捏合時間不小于15分鐘，以保證氯化鋅溶液充分進入纖維內(nèi)部。若采用其它混合方式如簡單人工攪拌或靜止浸泡，則所需混合時間應(yīng)延長。
炭化活化：連續(xù)生產(chǎn)中采用內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐為炭化活化的主體設(shè)備，其熱載體為高溫?zé)煹罋�。傳熱方式為：高溫�(zé)煹罋馀c物料呈逆流直接接觸傳熱。物料流動方向為：從回轉(zhuǎn)爐的高端連續(xù)加入捏合均勻的物料，靠回轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動與斜度使物料慢慢地由高向低移動。由于物料在爐內(nèi)不斷翻轉(zhuǎn)移動從而保證物料炭化活化均勻，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。炭化活化時應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，雖提高溫度對反應(yīng)有利，但氯化鋅的損失量增加（例500℃氯化鋅的蒸氣壓為10mmHg，610℃為100mmHg，732℃為760mmHg），所以在保證活性炭質(zhì)量的前提下應(yīng)盡力降低炭化活化溫度。該工段工藝條件控制在：溫度為450-550℃，時間40分鐘，回轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速為2-3轉(zhuǎn)/分。
回收：從回轉(zhuǎn)爐中卸出的物料中除含有炭及氯化鋅外，還含有因高溫和水蒸氣存在下反應(yīng)生成的氧化鋅和氫氧化鋅，故需將其進行處理，目的有兩個，一個是使氧化鋅和氫氧化鋅反應(yīng)變?yōu)榭勺鳛榛罨瘎┑穆然\，二是較大限度的回收氯化鋅，以循環(huán)使用降低成本。所包含的反應(yīng)為：
Zn(OH)2+2HCl=ZnCl2+2H2O
ZnO+2HCl=ZnCl2+H2O
采用多級逆流回收洗滌方法，當(dāng)洗液中氯化鋅濃度高達40波美度時，返回到捏合工段循環(huán)使用。
凈化除雜：因生產(chǎn)中采用的設(shè)備大多為鐵器設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品中鐵含量超標(biāo)，故需除鐵。其過程為將回收工段送來的物料加入除鐵池（非鐵設(shè)備），再加入自來水使其剛好浸沒物料，然后加入占物料量45%的工業(yè)鹽酸，在95℃左右間歇攪拌反應(yīng)2小時以上，最后反復(fù)漂洗過濾。至洗液達中性為止。
脫水：洗至中性的物料先采用三足離心機或板框壓濾機脫除其中大部分水份。然后在轉(zhuǎn)筒干燥機中干燥至水份小于10%后送去粉碎包裝。
粉碎包裝：國內(nèi)生產(chǎn)廠大多采用球磨機進行粉碎，其產(chǎn)品細(xì)度應(yīng)據(jù)用戶要求進行調(diào)整。粒度越小脫色效果越好，但粒度過小影響過濾速度，一般控制在粒徑≥120目為佳。
1.1.3 該法優(yōu)缺點
優(yōu)點：該法制備的活性炭孔隙率大，且可通過調(diào)整活化劑的濃度生產(chǎn)不同孔徑的活性炭，另外用氯化鋅作活化劑炭化活性溫度低易操作、能耗小，同時氯化鋅可回收循環(huán)使用。
缺點：因在炭化活化時有部分氯化鋅進入大氣，另外回收工段使用揮發(fā)性鹽酸，兩者對大氣均有一定程度污染。
1.2 物理法粉狀木質(zhì)活性炭
1.2.1 原理
用高溫水蒸氣高溫?zé)煹罋猓–O2氣體）及高溫空氣對炭進行活化的方法為物理活化法。
實際生產(chǎn)中，大多采用高溫水蒸氣作活化劑，如我省保定賢臺活性炭廠即用該法。
1.2.2 用水蒸氣為活化劑的生產(chǎn)工藝
原料炭化：首先使木質(zhì)原料在450-600℃范圍內(nèi)炭化完全，然后破碎為2-30mm的塊待用。
炭化料的活化因水蒸氣與炭在高溫下的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)溫度達800-900℃時，反應(yīng)開始進行，但由于反應(yīng)吸熱會使物料溫度低于800℃。影響反應(yīng)速度，為保證溫度在800-900℃，需補充熱能。因產(chǎn)物中有氫氣和一氧化碳生成而該兩種氣體均可燃燒放出熱量，所以實際生產(chǎn)中即利用該部分燃燒熱補償反應(yīng)吸熱造成的熱消耗。炭化活化反應(yīng)在多管活化爐中進行。炭化后的物料從活化爐的爐口加入活化劑水蒸氣從活化爐上部通入，活化反應(yīng)完成后，活性炭從下部卸出，而下部排出的氣體送入爐膛中燃燒。
1.2.3 該法優(yōu)缺點
優(yōu)點：用水蒸氣作活化劑，使炭表面純凈，因反應(yīng)吸熱，不會使物料在活化中局部過熱而影響收率，同時該法無污染節(jié)省燃料。
缺點：因耐火材料和木炭的傳熱系數(shù)小，易造成管內(nèi)物料溫度不均，活化不一致而影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
2 粉狀木質(zhì)活性炭的工藝、技術(shù)改進方向
2.1 生產(chǎn)原料
雖用木材作原料制備的活性炭質(zhì)量較好，但由于近年來樹木的亂砍亂伐，再加之包裝建筑裝修一次性衛(wèi)生用具等每年也要消耗掉大量木材，而木材資源再生速度很慢，少則幾年，多則十幾年或幾十年，故造成我國木材資源短缺的現(xiàn)狀。為推進活性炭行業(yè)的健康發(fā)展，我國有關(guān)部門曾就用不同原料代替木材研制生產(chǎn)活性炭進行了大量工作。例如用稻殼制備活性炭，用廢棄植物制取可燃?xì)馓亢徒褂陀�，用工業(yè)水解渣制備活性炭，除此之外也有用甘蔗渣有機工業(yè)廢料等為原料制備活性炭的報道。
2.2 生產(chǎn)工藝
因目前化學(xué)法活性炭大都采用氯化鋅作活化劑，因大氣污染問題限制了它的發(fā)展，故人們在不斷探索以其它無污染或污染小的活化劑代替氯化鋅的新生產(chǎn)工藝。例有報道用硫酸作活化劑可制備高脫色力的脫色劑，且炭化活化溫度由氯化鋅法的450-550℃降為250-300℃的，用磷酸作活化劑，可基本消除污染，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作條件易控，另外據(jù)新資料報道，用輻射工藝和流態(tài)化工藝制備活性炭的小試研究正在進行。
隨著人們環(huán)保意識的增強，物理法活性炭工藝將逐漸被人們所重視。為改善物理法活性炭的吸附性能，各生產(chǎn)單位進行過不少嘗試，例如將一次高溫水蒸氣活化工藝改為兩次，可顯著提高產(chǎn)品的脫色力。
2.3 生產(chǎn)設(shè)備
活化爐是活性炭生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。用回轉(zhuǎn)爐雖操作簡單、勞動強度小物料活化均勻，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但因煙道氣溫度高，氣相中有部分氯化鋅帶入而增加消耗，若用平板爐，雖效率低，偶有炭化活化不均等缺點，但操作靈活性大，污染易解決。如何對兩者進行權(quán)衡，有關(guān)專家正對此進行探索，相信不久的將來會有污染小機械化程度高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的高效活化爐問世。
粉碎干燥設(shè)備是活性炭各生產(chǎn)工藝中必用的設(shè)備。傳統(tǒng)粉碎設(shè)備大多采用不同規(guī)格的礦用球磨機，效率低動力消耗大、噪音污染嚴(yán)重、目前一些大企業(yè)已改用雷蒙機，該機效率高，粉碎均勻，濾速快。關(guān)于干燥設(shè)備，大都采用炭化活化爐的余熱作干燥熱源，采用固定箱式或回轉(zhuǎn)爐式干燥設(shè)備，但均存在粉大、效率低的缺點有些企業(yè)已改用其它效果更好的設(shè)備，例真空干燥流化沸騰床干噪等。我國化工部機械化工研究院下屬的粉碎設(shè)備研究所和干燥設(shè)備研究所每年都有新型設(shè)備研制成功，投放市場，供各企業(yè)參考選用。
3 結(jié)語
活性炭作為涉及各行各業(yè)吸附脫色的產(chǎn)品，近年來從原料到工藝設(shè)備均有很大的改進和發(fā)展，但仍還存在不少問題，需各專業(yè)的人員共同努力，以求不斷完善，滿足國民經(jīng)濟的發(fā)展。