据研究表明,在不同活化温度下将得到具有不同孔结构的活性炭,若活化温度较低,则以微孔结构为主而且孔径分布较为均匀,这是因为此时孔隙内和颗粒之间的活化剂浓度易干达到动态平衡,从而利干均匀孔隙结构的产生。进一步提高温度时则活化反应速率的升高比扩散作用的升高增加得快,使得气体更容易与碳表面反应而使扩孔作用变得越来越明显,导致中大孔比率明显升高,同时使比表面积和得率显著下降。表3-2列出了松木在不同活化温度下制得的活性炭的吸附性能[22],表3-3列出了某厂以水蒸气活化法于不同温度下制得的杏壳活性炭的孔隙结构相关数据。
表3-2不同活化温度对松木基活性炭吸附性能的影响
活化气体 | 温度/℃
| 吸附量/(g/g) | |||
2,4二氨基偶氮苯 | 丽春红 | 苯胺蓝 | 碘
| ||
空气 空气 | 600 740 | 0.34 0.16 | 0.10 0.08 | 0.05 0.05 | 0.36 0.40 |
空气 空气 | 790 860 | 0.15 0.14 | 0.08 0.08 | 0.06 0.06 | 0.42 0.42 |
空气 | 910 | 0.13 | 0.10 | 0.06 | 0.40 |
水蒸气 水蒸气 水蒸气 | 770 825 880 | 0.37 0.37 0.36 | 0.19 0.17 0.16 | 0.06 0.17 0.21 | 0.60 0.60 0.62 |
CO2 | 880 | 0.32 | 0.12 | --- | --- |
表33不同活化温度对杏壳活性炭孔隙结构的影响
活化温度/℃ | 得率/% | 比表面积/(m2/g) | 总孔容积/(m3/g) | 微孔容积/(m²/g) | 中孔容积/(m²/g) | 大孔容积/(m²/g) | 平均孔径 /nm |
720~740 | 74.20 | 733.22 | 0.2703 | 0.25001 | --- | 0.02022 | 0.52 |
840~860 | 38.70 | 929.44 | 0.54767 | 0.37656 | 0.15233 | 0.018784 | 2.36 |
因此可以通过控制温度来控制活性炭产品的孔隙分布,从而制备具有不同用途的活性炭产品。一般而言,水蒸气活化法的活化温度控制在800~950°℃,烟道气活化的温度控制在900~950°℃,空气活化的温度控制在600°℃左右。此外,对于不同的原料,活化温度的影响也有区别。例如有研究发现,以泥炭为原料生产活性炭时,较高的活化温度(1040°℃)反而有利于提高微孔含量,低温却有利于中大孔的形成[28]。因此在生产过程中,应根据原料、所制备活性炭的用途以及所采用的活化剂来确定活化温度。