背景及概述[1]

大部分炭粒大小在0.175 mm以下的活性炭。原料经炭化、活化和后处理，最后粉碎而得。粉状活性炭用于食品工业中的葡萄糖、饴糖、食糖、乳制品、食用油、果汁饮料、酒类、味精、琼脂、各种药物和针剂、化学药品、工业用油等的脱色、净化和精制；净化用水和废水；药用活性炭用作治疗中毒、腹泻的内服药。

再生方法[2]

一种粉状活性炭的再生方法，包括以下步骤：

将100g废粉状活性炭加入由甲苯和盐酸组成的混合溶剂中，其中，混合溶剂 中，盐酸的摩尔浓度为5mol/L；所述甲苯和盐酸的质量比为4∶1；搅拌，加热回流，回流温度 为150℃，回流时间为8h，冷却后过滤，所得滤渣经200g丙酮洗涤后干燥、粉碎，得到洗涤后 的废粉状活性炭；

将腐殖酸溶液与步骤(1)所得的洗涤后的废粉状活性炭混合，其中，腐殖酸的 质量为废粉状活性炭质量的1％，得混合物；将该混合物经紫外光照射处理，光固机紫外光 主波长为365nm，功率密度为50W/cm2，光固机功率为1000W，照射时间为50min，得到经紫外 光照处理的废粉状活性炭；

在步骤(2)所得的10g废粉状活性炭1L加入质量百分浓度为30％的NaOH溶液 中，升温搅拌进行碱解反应，碱解反应温度为150℃，时间为8h，反应完毕后过滤，所得滤渣 经丙酮洗涤后干燥，得到再生的粉状活性炭。

制备[3]

化学活化法

化学活化法就是通过将各种含碳原料与化学药品均匀地混合后，一定温度下，经历炭化、活化、回收化学药品、漂洗、烘干等过程制备活性炭。磷酸、氯化锌、氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸、碳酸钾、多聚磷酸和磷酸酯等都可作为活化试剂，尽管发生的化学反应不同，有些对原料有侵蚀、水解或脱水作用，有些起氧化作用，但这些化学药品都可对原料的活化有一定的促进作用，其中最常用的活化剂为磷酸、氯化锌和氢氧化钾。化学活化法的活化原理目前还不十分清楚，一般认为化学活化剂具有侵蚀溶解纤维素的作用，并且能够使原料中的碳氢化合物所含有的氢和氧分解脱离，以H2O、CH4等小分子形式逸出，从而产生大量孔隙。此外，化学活化剂能够抑制焦油副产物的成，避免焦油堵塞热解过程中生成的细孔，从而可以提高活性炭的收率。虽然最近几年国内外对化学活化法的研究较多，也制得了高比表面积的活性炭产品，但对活化机理研究还需要不断深入。

磷酸活化法磷酸法制备活性炭的过程中，磷酸与木质纤维原料的作用机理可分为以下几个方面： 润胀作用、加速活化作用、脱水作用、氧化作用和芳香缩合作用。经过近10 年来的快速发展，我国木质磷酸法粉状活性炭实现了规模化、自动化和清洁化生产，整体技术达到国际领先水平。

磷酸活化法的基本工艺包括木屑筛选、干燥、磷酸溶液配制、混合( 或浸渍) 、炭化、活化、回收、漂洗( 包括酸处理和水洗) 、离心脱水、干燥与磨粉等工序，如生产颗粒活性炭还需增加捏合工艺。另外，附设专门的废气净化系统，回收烟气中的磷酸和炭粉，减少对环境的污染。磷酸活化法的生产工艺中，要注意在炭化段控制温度，让磷酸充分渗透入木屑，再与活化段协同控制，可以明显提高活性炭吸附能力，产品质量稳定，同时适当降低活化温度对降低产品灰分有利。炭活化尾气采用多段液相回收可以增加磷酸和细炭粉的回收，采用高压静电方式也有利于尾气中焦油的去除。

氯化锌活化法ZnCl2

在活化过程中使木质纤维原料发生脱氢反应并进一步芳构化，从而形成初步孔结构，水洗脱除氯化锌后即形成孔隙结构。此外还有学者认为氯化锌在炭化时形成新生炭沉积的骨架，当其被洗去之后，炭的表面便暴露出来，构成了具有吸附力的活性炭内表面。氯化锌活化工艺流程与磷酸活化法工艺基本相似。氯化锌法活性炭由于其孔径分布相对集中、吸附力强等特点，一直受到国内外市场的青睐，需求量逐年增加。国内生产氯化锌法活性炭的厂家主要集中在福建省、江西省和安徽省，已有多家企业实现了环保排放达标生产。活性炭生产中间歇法的平板炉活化方式由于手工操作多、劳动强对甲苯磺酸酐度大、环境污染严重、能耗高等问题，已被明确淘汰； 回转炉法具有生产能力大、机械化程度高、产品质量较稳定等优点，是目前国内外氯化锌法活性炭的主体设备，工艺难点在于尾气处理和氯化锌回收等方面。日本使用外热式回转炉较多，中国普遍使用的是内热式回转炉。外热式与内热式回转炉的主要区别在于外热式的高温气流与物料不直接接触，而是靠炉壁辐射加热物料，这种炉型有利于产品质量的提高，但对制造回转炉的材料有较高要求； 内热式则是高温烟气流直接加热物料，对炉体材料要求较低，比较节能。

氢氧化钾活化法KOH 活化法是20 世纪70 年代兴起的一种制备高比表面积活性炭的活化工艺，其活化过程是将原料炭与数倍炭质量的KOH 或NaOH 混合，在不超过500 ℃下脱水后于800 ℃左右煅烧若干时间，冷却后将产品洗涤至中性即可得到活性炭。反应机理目前认为是活化过程中被消耗的炭主要生成了碳酸钾，同时在800 ℃左右，被炭还原的金属钾( 沸点762 ℃) 析出，金属钾的蒸气不断进入碳原子所构成的层与层之间进行活化，这两个反应使产物具有很大的比表面积。KOH 法活性炭主要应用在超级电容器领域。以椰壳为主要原料所制得的活性炭比表面积可接近3 000 m2 /g，比电容可超过200 F /g，同时还可表现出非常优良的储氢和储甲烷能力，在77 K 和100 kPa的情况下，储氢量可达到2.94%，压力提高至1 MPa，储氢量可达4.82%。中国林科院林产化学工业研究所通过技术创新，开发的KOH 法活性炭在2 MPa 压力和常温条件下，储甲烷可达15%。

2. 物理活化法

物理法通常又称气体活化法，是将已炭化处理的原料在800 ～ 1 000 ℃的高温下与水蒸气、烟道气( 水蒸气、CO2、N2等的混合气)、CO2或空气等活化气体接触，从而进行活化反应的过程。物理活化法的基本工艺过程如图所示，主要包括炭化、活化、除杂、破碎( 球磨) 、精制等工艺，制备过程清洁，液相污染少。

在制备过程中，具有氧化性的高温活化气体无序碳原子及杂原子首先发生反应，使原来封闭的孔打开，进而基本微晶表面暴露，然后活化气体与基本微晶表面上的碳原子继续发生氧化反应，使孔隙不断扩大。一些不稳定的炭因气化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物气体，从而产生新的孔隙，同时焦油和未炭化物等也被除去，最终得凯茵化工到活性炭产品。活性炭发达的比表面积则源自中孔、大孔孔容的增加，形成的大孔、中孔和微孔的相互连接贯通。近年来也开发出不需活化气体的微波活化法和热解活化法等等。由于物理法工艺流程相对简单，产生的废气以CO2和水蒸气为主，对环境污染较小，而且最终得到的活性炭产品比表面积高、孔隙结构发达、应用范围广，因此世界范围内的活炭生产厂家中70%以上都采用物理法生产活性炭。炭活化过程中产生大量的余热，可满足原料烘干、余热锅炉制高温蒸汽、产品的洗涤烘干等所需热能。

水蒸气活化法水蒸气活化的反应式如下所示

由式( 1) 和( 2) 可见该反应是吸热反应，故反应需要温度800 ℃以上才能进行。然而有研究表明，活化温度＞ 900 ℃时，水蒸气在炭化物中扩散速率的影响开始变得显著，不均匀的扩散速率使得在一定范围内，活化温度越低越利于水蒸气的均匀扩散和炭化物的均匀活化。活化温度过高会....