摘要：以松杉木枝丫（鋸屑）炭為原料，配以特制的復合型粘結(jié)劑經(jīng)磨細、粘結(jié)、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(jié)構(gòu)，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)、果殼類不定型顆粒活性炭，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(jié)、成型造粒、炭化活化而制取了木質(zhì)柱狀顆粒活性炭。

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(jié)構(gòu)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(jié)劑進行攪拌成型，也就是炭粉與粘結(jié)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(jié)劑的緊密結(jié)合，親和力下降，影響成型壓力。如果增加粘結(jié)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(jié)劑的不相容性以及氣化膨脹性有關(guān)，粘結(jié)劑的增加造成了炭條中揮發(fā)含量過高，破壞了碳鏈結(jié)構(gòu)。

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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)過程快，盡量多地留下了固定碳與炭粒間的碳鏈結(jié)合定型。

在活化過程中，小型試驗爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)果與討論

采用上述工藝，我們成功地制取了木質(zhì)柱狀顆粒活性炭，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(jié)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粒活性炭及物理法粉狀活性炭的指標，并且對幾種常規(guī)產(chǎn)品委托有關(guān)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

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)柱狀顆粒活性炭，其吸附性能優(yōu)于國內(nèi)目前生產(chǎn)的各類煤質(zhì)、果殼類顆粒活性炭。特別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)。