摘要：以杉松木屑為原料，采用連續(xù)炭、活化和逆流萃取回收活化劑的方法生產(chǎn)木質(zhì)顆粒活性炭。試驗結(jié)果表明：產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，工藝流程合理，經(jīng)載持15%的檸檬酸處理，對吸除含有微量堿性物質(zhì)和酸性物質(zhì)的惡臭效果良好，適用于冰箱和冰柜等容器的吸附除臭。
活性炭工業(yè)發(fā)展至今已有一百多年的歷史，產(chǎn)品的產(chǎn)量和品種逐年增加。據(jù)有關(guān)文獻報道，1996年全世界活性炭的總產(chǎn)量已達80多萬噸，品種達300多個。活性炭生產(chǎn)從制造方法可分為物理法和化學法兩大類，國外以物理法生產(chǎn)為主，化學法生產(chǎn)由于污染等問題產(chǎn)量呈逐年下降趨勢。我國化學法生產(chǎn)活性炭40多年來，主要以生產(chǎn)糖用粉狀炭為主，化學法生產(chǎn)木質(zhì)顆粒活性炭尚未見工廠化生產(chǎn)的報道。化學法生產(chǎn)具有工藝設(shè)備簡單，產(chǎn)品質(zhì)量好，得率高、活化溫度低，可通過調(diào)整鋅屑化，調(diào)節(jié)活性炭的孔徑分布與比孔容積等優(yōu)點，特別是生產(chǎn)具有某些獨特性質(zhì)的活性炭是物理法無法代替的，所以化學法生產(chǎn)活性炭只要改進生產(chǎn)工藝、降低環(huán)境污染仍具有一定的優(yōu)勢。
本試驗的主要內(nèi)容是以杉松木屑為原料，氯化鋅為主活化劑，添加少量的化學藥品A和B為輔助活化劑，采用FS-Ⅱ型炭、活化爐，探索化學法生產(chǎn)具有高吸附率木質(zhì)顆粒活性炭的新技術(shù)、新工藝。產(chǎn)品用于氣相原料氣體和工藝氣體的凈化處理，有機溶劑的捕集回收，化工反應(yīng)過程的催化劑載體，燃燒廢氣的治理和污水處理，以及經(jīng)過載持一定量的添加劑提高其對各種惡臭氣味的吸附能力。
1 試驗材料與主要設(shè)備
選用杉松混合木屑經(jīng)氣干（含水率為12%~16%），粉碎、篩選，取40~60目的木屑收集貯存?zhèn)溆谩?
主活化劑為工業(yè)用氧化鋅（純度為96%~98%），鋅屑比為1.2：1~1.6：1，氯化鋅液為57°~58°Be`，輔助活化劑為化學藥品A和B，分別占氯化鋅的14%和8%。活化劑液與木屑混合均勻浸漬后備用。
控和、成型設(shè)備采用HJ一90型顆粒活性炭擠壓機。經(jīng)浸漬均勻的木屑物料加入擠壓機控和加熱塑化、擠壓成型。
炭、活化爐為FS-Ⅱ型炭、活化設(shè)備。爐體為全長1200cm的隧道式，爐內(nèi)隧道孔斷面尺寸為：烘干段70cm×28cm，炭、活化段70cm×22cm，烘干段熱源以煤為主，炭、活化段采用電加熱為主。
2 工藝技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量
2.1 工藝流程
化學法生產(chǎn)木質(zhì)顆粒活性炭的主要生產(chǎn)過程有：備料、浸漬、塑化成型、炭、活化、萃取、漂洗、烘干、篩選、包裝等工序。詳見圖1。
2.2 工藝特點
(1)炭化、活化工段排出的廢氣，經(jīng)噴淋冷凝系統(tǒng)循環(huán)回收，冷凝液達一定濃度后回收利用。廢氣經(jīng)塔內(nèi)填料液膜接觸和噴淋冷凝回收氯化鋅后排放，經(jīng)環(huán)保部門監(jiān)測大大低于國家排放標準。
(2)活化料進行逆流萃取活化劑達到規(guī)定濃度后回收用于浸漬原料。在逆流萃取循環(huán)內(nèi)無廢水排放，減少了活化劑的損失，同時也消除廢水的污染。
(3)回收活化劑后的活性炭產(chǎn)品，在酸煮、漂洗過程中排出的洗滌水采用石灰乳中和沉淀后排放。
2.3 工藝配方
化學法生產(chǎn)木質(zhì)顆粒活性炭的關(guān)鍵取決于活化劑與木屑的配比，不同的配比可生產(chǎn)不同孔徑分布與比孔容積的產(chǎn)品。隨著鋅屑化的增加，產(chǎn)品的苯吸附率將增加，而強度下降。由于高鋅屑比使物理粘稠度增加，吸濕性強，擠壓成型困難，產(chǎn)品的強度不合格。經(jīng)反復試驗本工藝的鋅屑比為1.2：1~1.6:1，氯化鋅溶液為57~58°Be'，輔助活化劑分別占氯化鋅含量的14%和8%，浸漬8~10h為宜。
2.4 工藝溫度
在生產(chǎn)過程中炭、活化溫度的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和鋅耗。炭化段溫度為300~400℃，炭化時間控制在1.5h，活化段溫度為460~500℃，活化時間控制要0.5h。爐內(nèi)溫度變化情況詳見圖2。
2.5 產(chǎn)品質(zhì)量
經(jīng)生產(chǎn)性試驗，產(chǎn)品質(zhì)量隨機抽樣檢測，主要技術(shù)指標苯吸附率平均達40.8%，碘值平均達908.44mg/g，耐磨強度大于90%。產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，工藝技術(shù)合理。苯、四氯化碳吸附曲線見圖3。
2.6 廢水、廢氣處理
廢水、廢氣經(jīng)回收裝置處理后效果比較顯著，經(jīng)環(huán)保部門的監(jiān)測各項排放量均達到或低于國家的排放標準。詳見表1。
表1 廢水、廢氣排放量測定結(jié)果表
| 排放物 | 處理前（mg/m3、mg/L） | 處理后mg/m3、mg/L） | 排放量（kg/h） | 國家排放標準（kg/h） | |
| 廢氣 | 氯化氫 | 869.9 | 77.4 | 0.028 | 1.4 |
| 氯氣 | 77.8 | 9.6 | 0.0034 | 2.8 | |
| 廢水 | 鋅（Zn） | 22.72 | 3.2 | 2.08 | 3.2 |
| pH值 | 5.0 | 7.0 | 7 | ||
3 改性試驗
化學法高吸附率顆粒活性炭對苯、甲苯等烴類臭味的吸附是十分有效的，而對于吸附氨和胺類等堿性物質(zhì)的惡臭氣體效果不明顯。為進一步擴大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，在木質(zhì)顆粒炭上載持一定量的添加劑，改進吸附性能，使之對含有微量堿性物質(zhì)和酸物質(zhì)的惡臭吸附，可用于家用冰箱、冰柜等容器的吸附除臭。
3.1 添加劑的選擇
以化學法木質(zhì)顆粒炭為載體，添加劑選用乳酸、琥珀酸、蘋果酸、檸檬酸和檸檬酸鉀等進行對比試驗，定期進行官能檢查，試驗結(jié)果表明，載持檸檬酸添加劑效果較佳。詳見表2。
表2 化學法木質(zhì)顆粒炭載持不同添加劑除臭效果
| 添加劑 | 時間（d） | |||
| 2 | 4 | 8 | 12 | |
| 無添加劑 | 有臭味 | 強臭味 | ||
| 乳酸 | 無臭味 | 稍有臭味 | 強臭味 | |
| 琥珀酸 | 無臭味 | 稍有臭味 | 強臭味 | |
| 蘋果酸 | 無臭味 | 無臭味 | 稍有臭味 | 有臭味 |
| 檸檬酸 | 無臭味 | 無臭味 | 無臭味 | 稍有臭味 |
| 檸檬酸鉀 | 無臭味 | 無臭味 | 微弱臭味 | 微弱臭味 |
3.2 載持量
添加劑載持量的大小直接影響產(chǎn)品的吸附性能。添加量過多，會堵塞活性炭的孔隙，阻礙活性炭本身對惡臭分子的凝聚和濃縮作用，從而降低除臭效果，添加量少效果不明顯。經(jīng)反復試驗證明，化學法木質(zhì)顆粒活性炭載質(zhì)量為15%的檸檬酸效果好，可用于冰箱、冰柜的吸附除臭，產(chǎn)品試銷后用戶反映良好。
4 結(jié)語
(1)化學法木質(zhì)顆粒活性炭生產(chǎn)新技術(shù)工藝合理先進，其特點是鋅耗低（≤0.3TZnCl2/T），產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，主要質(zhì)量指標均達到同類產(chǎn)品水平，有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
(2)本工藝采用低溫活化，遠紅外輻射加熱，無載熱體帶走的氯化鋅蒸汽，使廢氣排放量大為減少，經(jīng)環(huán)保監(jiān)測“三廢”排放量指標均低于國家排放標準，改善工人操作環(huán)境。
(3)炭、活化設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，投資省，操作簡便，連續(xù)化生產(chǎn)，勞動強度低，可在國內(nèi)中小型企業(yè)推廣應(yīng)用。
(4)產(chǎn)品經(jīng)載持15%的檸檬酸添加劑，改善了產(chǎn)品性能，提高對氨和胺類堿性臭氣體的吸附能力，產(chǎn)品經(jīng)試銷后用戶反映良好。