活性炭是一種含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料，是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體。

一、活性炭的制備原料

活性炭的結(jié)構(gòu)特性依賴于前驅(qū)體的性質(zhì)、原料的炭化、活化和化學(xué)的調(diào)整條件。選擇合適的原料是影響活性炭性質(zhì)的一個(gè)重要因素，活性炭可用各種類型的碳質(zhì)材料來制備，原料來源非常廣泛，可分為以下幾大類：

有機(jī)高分子聚合物，如薩蘭樹脂、酚醛樹脂、聚糖醇等；

植物類，主要利用植物的堅(jiān)果殼或核，如核桃殼、杏核、椰殼等；煤及煤的衍生物，如各種不同煤化度的煤及其混合物。

活性炭原料一般以低灰分、高含碳量以及盡可能低的揮發(fā)分為最佳。較好的原料主要是煤（褐煤、長(zhǎng)焰煤、煙煤、無煙煤）、木材、果殼。

由于煤來源廣泛、價(jià)格低廉、制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單而應(yīng)用較多。煤的主要成分是碳，表面化學(xué)性質(zhì)活潑，孔隙率高、比表面積大，其多孔結(jié)構(gòu)有利于制成活性吸附材料。在以煤為原料制備活性炭的技術(shù)開發(fā)方面，德國(guó)、日本、美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)已做了大量的研究工作，并取得了一定成果。

二、活性炭的制備方法

活性炭的制備方法主要可以分為：碳化法、活化法、碳沉積法、熱收縮等方法。

一般制備活性炭的基本工藝如上圖，其中預(yù)處理、活化和碳沉積是選用步驟。

1、碳化法

定義：將碳質(zhì)原料置于惰性氣氛中，以適當(dāng)?shù)臒峤鈼l件得到碳化產(chǎn)品的方法。

基本原理：基于加熱過程中各基團(tuán)、橋鍵、自由基和芳環(huán)等復(fù)雜的分解聚合反應(yīng)，表現(xiàn)為碳化產(chǎn)物的孔隙發(fā)展、孔徑的擴(kuò)大和收縮。在碳化過程中，碳質(zhì)原料中的熱不穩(wěn)定組分以揮發(fā)分形式脫出，從而在半焦上留下孔隙。

適用情況：適用于高揮發(fā)分原料，是所有其他方法的基礎(chǔ)。影響碳化過程的主要因素是升溫速率、碳化溫度與恒溫時(shí)間。采用的升溫速率一般在5~15℃/min，碳化溫度多在500~1100℃，恒溫時(shí)間為0.5~2h。

2、活化法

定義：將碳質(zhì)原料置于活性介質(zhì)中加熱平緩處理，以發(fā)展其孔徑的方法。

基本原理：基于碳質(zhì)原料部分碳的燒失，使封閉的孔得以打開，從而使其孔隙結(jié)構(gòu)得到發(fā)展，孔徑大小達(dá)到所需要的范圍。常用的活化劑有空氣、CO2、水蒸氣、H3PO4、KOH、NaOH等。工業(yè)實(shí)踐中多采用簡(jiǎn)便易得的水蒸氣進(jìn)行活化。

適用情況：適用于氣孔率較小且揮發(fā)分較低，或氣孔率較高但孔徑較小的碳質(zhì)原料。

3、碳沉積

定義：指在高溫下通過烴類或高分子化合物的裂解，在多孔材料的孔道內(nèi)積碳，以達(dá)到堵孔、調(diào)孔的作用。

特點(diǎn)：其工藝復(fù)雜、操作條件嚴(yán)格、實(shí)際生產(chǎn)成本較高。碳沉積常分為氣相(CVD)與液相沉積(LVD)。對(duì)于氣相沉積過程，氣體在反應(yīng)爐中的濃度較均一，能有效地控制孔徑，但不足之處是需外加沉積氣源發(fā)生裝置，還需調(diào)節(jié)流量，不利于操作；液相沉積對(duì)工藝要求較低，操作較容易。

4、熱收縮法

定義：即熱縮聚法，是指碳質(zhì)材料經(jīng)碳化、活化后，在1000~1200℃的高溫條件進(jìn)一步熱處理的過程，從而達(dá)到縮小孔徑的目的。

5、其他方法

還有一些制備活性炭的新工藝和方法，如等離子體法、鹵化法、模板法、微波加熱法等。實(shí)際生產(chǎn)活性炭的工藝過程中，為了獲得性能優(yōu)良的活性炭，通常將以上方法綜合起來應(yīng)用。

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