炭化的過(guò)程,是把酚醛樹(shù)脂球中碳元素以外的其他元素(如氧、氫、氮等)及雜質(zhì)去除的過(guò)程,即加熱酚醛樹(shù)脂球,使非碳元素減少。隨著溫度的升高(通常在80℃以下),炭化過(guò)程逐步進(jìn)行。炭化過(guò)程大致可分為3個(gè)階段[15]:
第一階段,室溫~250℃,發(fā)生脫水等反應(yīng);第二階段,250℃~400℃之間,樹(shù)脂分子間的鏈接發(fā)生斷裂,樹(shù)脂解體;第三階段,400℃~800℃之間,碳原子不斷環(huán)化、芳構(gòu)化,使氧、氫、氮等原子不斷減少,生成富碳的固體熱解產(chǎn)物,逐步炭化并產(chǎn)生大量石墨微晶。酚醛樹(shù)脂炭屬于難石墨化活性炭,由于微晶排列雜亂,微晶間細(xì)孔發(fā)達(dá)具有較高的比表面積[1]。根據(jù)酚醛樹(shù)脂基材的形狀不同,可炭化成相應(yīng)的形狀,如粉狀、塊狀、纖維狀酚醛樹(shù)脂炭。
2.3 酚醛樹(shù)脂球的活化
炭化后的酚醛樹(shù)脂球除去了大量非碳元素,已經(jīng)具有一定的孔隙,但孔結(jié)構(gòu)仍然不夠發(fā)達(dá),比表面積也不是最高,一般為每克數(shù)百平方米。若想得到更高比表面積的酚醛樹(shù)脂基球形活性炭,則需要進(jìn)行活化。所謂活化,是指利用含氧氣體(物理活化法)或化學(xué)藥品(化學(xué)活化法)進(jìn)行碳的氧化反應(yīng),由于碳化物的表面受到侵蝕,使碳化物的微孔結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá),比表面積進(jìn)一步增大。
酚醛樹(shù)脂球的活化方法有化學(xué)活化、物理活化、化學(xué)物理活化、催化活化及模板法等,其中最常用的方法是物理活化法和化學(xué)活化法,兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表2。
表2 工業(yè)生產(chǎn)中制備活性炭所用的物理活化法與化學(xué)活化法的比較
分類(lèi) |
活化方法 |
活化溫度 |
生產(chǎn)設(shè)備 |
對(duì)設(shè)備的腐蝕 |
環(huán)境污染 |
物理活化法 |
被活化的原料通過(guò)水蒸氣、氧氣和二氧化碳的作用,獲得微細(xì)多孔質(zhì)的活性炭。 |
750℃-1100℃ |
比較簡(jiǎn)單 |
小 |
小 |
化學(xué)活化法 |
含碳原料進(jìn)入活化劑(如磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀等)和各種脫水性化學(xué)試劑中,在惰性氣體保護(hù)下,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)獲得微細(xì)多孔質(zhì)的活性炭。 |
750℃以下 |
比較復(fù)雜 |
大 |
大 |
咨詢(xún)熱線:17320188259