球形活性炭的制备及应用技术

球形活性炭（SAC）是由日本、美国、西德、苏联等工业发达的国家于20世纪70年代后期首先研制开发的一种新型高档的活性炭替代品。因其具有球形度好、装填密度均匀、比表面积较大、强度高、耐磨损、耐腐蚀以及在固定床使用时阻力小等一系列优点，适应了环保、医药、军事、电子等领域对活性炭吸附性能、再生性能越来越高的要求，目前已广泛应用于与当代高新技术产业相关的诸多领域。

按原料来源的不同，球形活性炭可分为三种主要类型：煤基、高分子树脂基和沥青基球形活性炭。比较一致的看法是：煤基球形活性炭的成型工艺较为复杂，同时杂质含量高，孔径分布不易控制，难以提升品质；高分子树脂基球形活性炭则存在制造成本高、广谱吸附性能不理想等缺点，因而在应用中存在着一定的局限性。而沥青基球形活性炭具有原料来源广泛，杂质含量较低，机械强度高，孔径分布易于定向控制等优点，被认为是球形活性炭的主要研发方向。

煤沥青制球型活性炭的工艺路线如图5-15所示。在图5-15的制备过程中，其关键技术是沥青成球，成球的好坏直接影响球形度和炭微球的强度等指标，目前沥青成球的主要方法有悬浮法、乳化法、圆盘造粒法和喷雾法。

图5-15　煤沥青基球形活性炭制备工艺路线(www.xing528.com)

多年来，我国对煤沥青基球形活性炭的制备和应用进行了一系列研究。代伟等以煤沥青为原料制得含致孔剂的煤沥青球，把经过预氧化处理的煤沥青球与KOH在质量比为1∶3的条件下，制备出比表面积为3365 m2／g，对碘、苯和亚甲基蓝吸附值分别达到2256 mg／g、1068 mg／g和390 mg／g的煤沥青基球形活性炭。

杨旭等利用煤焦油沥青研制球型活性炭，在活化温度850℃、活化时间6 h、烧失率67.5%时制得的球形活性炭碘值为778.8 mg／g，亚甲基蓝吸附值为77.32 mg／g，并具有球形度好、装填密度均匀、比表面积较大、强度高、耐磨损、耐腐蚀等优点，达到了净化用颗粒活性炭质量标准。

刘小军等采用ZnCl2化学活化法和水蒸气物理活化法制备了系列煤沥青基球形活性炭，研究了活化工艺对最终活化样品孔隙结构的影响；对比分析了在具有相近BET比表面积和总孔容时，两种活化方法对所制得样品孔径分布的影响。结果表明：在活化温度为500℃、ZnCl2与碳浸渍质量比为2∶1、活化时间为3 h时，ZnCl2活化样品具有最佳的BET比表面积，为961 m2／g。与传统的水蒸气物理活化法相比，ZnCl2化学活化法更有利于中孔结构的发展。

陈明鸣等以煤沥青为主要原料采用水浴悬浮法制备沥青球。使用扫描电子显微镜和偏光显微镜对沥青球的表面形貌进行表征，探讨了减黏剂萘含量对调制沥青软化点的影响、成球温度对球形貌的影响以及沥青／水相的最大质量比。试验还采用Fluent软件对固液悬浮体系进行模拟，结果表明：所制得煤沥青球球形度好、表面光滑、粒径分布范围窄；相同原料沥青，萘含量越高，调制沥青软化点越低；沥青／水相的最佳质量比为1∶6；不同的搅拌器最佳速率有所不同。