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微波法制备活性炭
发布时间:2017-03-29 08:46

微波具有快速、高效、资源回收利用率高、不会造成二次污染、成本低等显著优点。因此微波法制备活性炭成为近年来国内外学者的研究热点之一。国内外许多研究者尝试用微波制备活性炭并取得了可喜成绩,如Kasai、Takakazu[5]等将有机成型废料用微波加热,炭化,活化制得优质活性炭。彭金辉等用蚕豆秆,稻秆,黑型树皮拷胶废料,瓜子壳,麦秸,玉米芯,蚕豆壳,甘蔗渣,杨梅树皮废料,烟秆,松木屑,椰壳为原料,微波制备活性炭。樊希安等采用微波辐射竹节、椰壳、棉秆,利用磷酸、水蒸气、氯化锌为活化剂制得优质活性炭。张利波等采用微波辐射烟秆法制得了性能各异的活性炭。

(1)微波加热的原理

微波频率大约在300MHZ~300GHZ,即波长100cm至1mm范围内的电磁波。微波加热的原理基于当微波遇到不同材料时,依材料的性质不同会发生反射、吸收、穿透现象,这取决于材料的介电常数、介电损耗系数、比热、形状和含水量等。一般来说介质在微波场中加热有两种机理,即离子传导机理和偶极子转动机理,在实际加热中,两种机理的微波能耗散同时存在。传统加热是由外部热源通过热辐射由表及里的传导加热,与之相比,微波加热具有如下特点:选择性加热,加热速度快,热效率高,便于控制,易于自动化控制。

(2)微波技术在环保领域的应用

微波技术在环保领域的几种应用:含油污泥微波脱油技术;原油淤泥微波脱油技术;微波碳还原-烟气脱硫脱硝技术;微波焚烧法处理废电路板回收贵金属技术;微波-氯化锌法制取锯末活性炭处理含铬废水;微波法制取原油泄露处理用高吸油性复合体技术;防电磁波辐射污染用微波吸收剂的制取技术。

(3)微波法制备活性炭的影响因素 在活性炭的制备中,原料不同,成品功效也不同。其中椰壳活性炭是活性炭行业公认的最好的一种活性炭,不论是吸附速度、吸附能力、强度等各项指标以及按照水处理工艺不同可选择不同材质的活性炭产品。微波法制备活性炭的影响因素有:微波功率、辐照时间、活化剂浓度、浸渍比、pH值等。

(4) 微波功率的影响

取充分浸渍滤干后污泥原料于石英管中,固定微波辐照时间4min,氯化锌浓度35%,干污泥与氯化锌比重1:3.0,改变微波功率,。当功率较低时,加热温度没有达到炭化活化的温度,所以此时吸附性能较差;当功率持续增大,温度过高时,由于氯化锌的蒸气压高,药剂损失严重,从而实际发挥作用的氯化锌减少反而导致吸附剂性能下降。

(5) 辐照时间的影响

取充分浸渍滤干后的污泥原料置于石英剥离管中,固定在微波炉腔体中,在微波功率为595W,活化剂氯化锌的浓度为35%,干污泥与氯化锌溶液的重量比为1:3.0的条件下,改变辐射时间实验结果如图2所示,吸附剂的碘值与亚甲基蓝吸附值随微波时间的变化表现了相似的变化规律,分析其原因,主要是因为活化时间长短与微波活化速率快的影响,辐射时间太短炭化不充分,辐射时间过长会导致部分孔径烧结。

(6)活化剂浓度的影响 经不同浓度氯化锌溶液充分浸渍滤干后的污泥原料,放入石英管中,固定在微波腔体中,在微波功率595W,辐照时间4min,干污泥与氯化锌的中重量比为1:3.0的条件下实验,研究不同浓度活化剂浓度对所制备含炭吸附剂的吸附性能的影响。一般来讲,活化剂浓度越高,脱水缩合作用就越大,最终得到的吸附剂多孔结构也越发达,吸附性能就越好。另一方面,氯化锌是强吸附物质,若浓度太高,则加强了物料的吸附能力,从而使活化温度升高,使碳成分含量下降,灰分含量增加,此外氯化锌晶体将堵塞部分大孔,在洗涤过程中得不到充分去除,从而使吸附剂的比表面积和吸附能力下降。

(7)浸渍比的影响 将不同重量的40%的氯化锌溶液充分浸渍滤干后的污泥原料放入石英管中,固定在微波腔体中,在595W微波功率下辐照4min。干污泥与氯化锌溶液的重量比越大,活化剂溶液可使颗粒污泥得到充分的浸润,氯化锌在热解过程中的作用得到充分发挥,所得到的吸附剂性能越好。但过多的氯化锌溶液浸渍会使热解原料中水分的含量过高,需较长升温时间以及造成氯化锌的浪费。

(8)其他影响因素 在微波制备活性炭的实验中影响因素还有浸泡时间,一般来说浸泡时间越久,其浸渍的程度就越充分,但时间超过一定程度,吸附效果反而下降。这是因为浸渍时间和氯化锌浓度直接影响氯化锌在污泥上的吸着量,从而影响了产品的性能和得率的高低。开始用氯化锌溶液浸渍时,原料含水率很低,使得氯化锌溶液得以迅速把原料润胀,并在开始的一段时间里,随着浸渍时间的延长,原料中氯化锌吸着量迅速增加,但当吸着量达到一定程度后,随着浸渍时间的延长,原料吸附氯化锌的速度变慢。在干污泥制备活性炭中此因素影响不大,但在植物性原料制备活性炭中浸渍时间的影响效果就比较显著。此外活化剂不同,其功效也相应不同,张利波等采用微波辐射烟秆制得了性能各异的活性炭,所用活化剂有水蒸汽、磷酸、氯化锌、氢氧化钾、硫酸等。

微波设备活性炭为活性炭的制备开辟了一条新的途径,微波法具有加热快、热效率高、便于控制、设备体积小、污染小等优点,此外制备出来的活性炭吸附性能优良。但也有不足之处,微波泄露会对人体和周围环境造成危害,应合理设计微波反应腔并考虑适当使用微波吸收材料。微波相关的基础理论研究还相对缺乏,如微波对化学反应的影响机理、物质在微波场中的升温特性、微波场中的温度分布等,只有解决了这些问题,微波技术才可能得到大规模工业化应用。

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