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炭分子筛与活性炭有什么区别

来源:巩义市国清净水材料有限公司 | 发布时间:2019/5/30 |

       炭分子筛是一种具有发达微孔结构的新型炭质吸附剂。
       炭分子筛不仅具有碳素材料所共有的耐热耐腐蚀性能,并且具有与活性炭类似的化学组成,但又具有与活性炭材料显著不同的孔径分布和孔隙率。活性炭的孔径范围介于0.5-10000nm,分布较宽,其中包括孔径小于2nm的细孔,2-50nm的中孔和50-100nm的大孔;炭分子筛的孔隙形状为平行的狭长缝隙结构,介于0.3-0.7nm,孔径分布较均匀,以微孔为主,由于它的孔径只有分子大小,所以可以起到分子筛的作用。
       活性炭和分子筛具有不同的吸附分离选择性:前者吸附时基于其孔隙表面对不同气体分子的分子间作用力不同,后者则受气体分子体积是否符合微孔尺寸和微孔内表面对不同气体的分子作用力不同这两个因素影响。
       与活性炭制备碳工序大致相近,分子筛也是经过原料煤粉碎加黏结剂捏合、成型、炭化、活化和炭沉积等工序而制成。根据原料不同,有的只需炭化,有的炭化后尚需轻微活化或适当堵孔。
       (1)原料  很多富含炭的物质,如木材、果壳(椰壳、核桃壳)、有机高分子聚合物、煤、半焦和活性炭等,均可作为碳分子筛的制备原料,其中以煤为原料最有实用意义。
       (2)预氧化  黏结性烟煤需要经过预氧化才能破除黏结性进而形成均一微孔,原料预氧化过程一般采用流化床空气氧化法,温度200℃左右,时间数小时。
       (3)捏合,成型  捏合过程可采用煤焦油、纸浆废液等黏结剂,添加量在25%-40%之间,捏合效果对产品质量有显著影响。
       (4)炭化   作为分子筛制备中的关键工序,其最重要的影响因素是升温速度和炭化终温。较低的升温速度有利于挥发分均匀逸出,故升温速度一般控制在3-10℃/min,炭化终温高有利于产生微孔,一是原有小孔经过收缩变为更小的微孔,二则由于高温缩聚反应而形成新微孔。因此,炭化终温一般保持在700-900℃。
       (5)活化  某些原料(如无烟煤)在炭化后微孔不足或太小,需要利用活化剂(二氧化碳、一氧化碳和水蒸气)将其轻度活化,使孔径扩大到所需范围。
       (6)炭沉积  原料经炭化和活化后,形成了较发达的孔隙结构,但孔径不均一,存着一部分不利于分离的大孔,炭沉积的原理是将某些烃类,如苯、甲苯、长链烷烃等在大孔表面或入口处进行热解,使其析出游离碳,从而在尽量不减少炭分子筛有效孔隙容积的前提下缩小大孔孔径。
       炭分子筛用于空气分离,不是因为它对氧气和氮气表现出不同的平衡吸附量,而是基于氧气、氮气的扩散速度差异,氧气的扩散速度远高于氮气的扩散速度,因此,在远离平衡的条件下可以使氮气得到富集。从焦煤炉中分离氢是基于炭分子筛孔隙内表面对不同气体分子的分子间力差异,焦炭炉煤气中的气体成分都可进入孔隙,由于氢分子体积最小,吸附容量最低,故可以直接穿过吸附塔而被富集;其他气体成分则被吸附下来。
       炭分子筛主要应该包括吸附剂、色谱固定相及催化剂载体3个方面:1.吸附剂。通过变压吸附工艺从空气中分离并制取高纯氢气。2.气相色谱固定相。稀有气体及C1-C3烃类的分析方面有优良性能。3.催化剂载体,用于负载烃类的选择加氢或脱氢的催化剂,其中利用炭分子筛进行乙苯的催化氧化脱氢已实现工业化生产。
       随炭分子筛应用范围的扩大,尙需对其不同成分的分离机理进行深入研究。

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