活性炭如何制作：物理活化法与化学活化法详解

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活性炭是一种多孔性吸附材料，具有巨大的比表面积和发达的孔隙结构，在水处理、空气净化、食品加工等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍活性炭的制作方法、原理及注意事项，帮助读者深入了解这一重要材料的生产过程。

活性炭的制作方法

物理活化法，又称气体活化法，是一种通过高温处理和气体活化来制备活性炭的方法。其步骤如下：

活化处理：将炭化料放入活化炉中，在800~1000℃的高温下与水蒸气、烟道气（水蒸气、CO2、N2等的混合气）、CO或空气等活化气体接触，进行活化反应。活化过程中，碳化料与活化气体发生化学反应，生成新的孔隙结构，从而增加活性炭的比表面积和吸附性能。
除杂与破碎：活化后的活性炭可能含有一些杂质，需要进行除杂处理。同时，为了满足不同应用需求，还需要对活性炭进行破碎和筛分，以获得不同粒度的产品。

化学活化法是一种利用化学药剂对含碳原料进行处理，使其转化为活性炭的方法。其步骤如下：

原料准备：选择适当的含碳原料，如木质、煤质或石油焦等。
化学药剂处理：将原料与化学药剂（如磷酸、氯化锌、氢氧化钾等）均匀混合。这些化学药剂在活化过程中起到侵蚀溶解纤维素、促进孔隙生成的作用。
炭化与活化：将混合后的原料进行炭化和活化处理。炭化过程通常在较低的温度下进行，以去除原料中的挥发分和有机物。活化过程则在较高的温度下进行，使原料与化学药剂发生化学反应，生成活性炭。
回收与漂洗：活化后的产物需要进行回收和漂洗处理，以去除残留的化学药剂和杂质。
烘干与研磨：将漂洗后的活性炭进行烘干处理，然后研磨成粉状或粒状产品。

炭化
炭化是将含碳原料（如木材、煤、果壳等）在隔绝空气的条件下进行高温加热，使原料中的非碳成分挥发掉，留下以碳为主体的炭化产物。炭化过程通常在几百摄氏度的温度下进行，得到的炭化产物比表面积相对较小，一般只有每克几十平方米左右。
活化
活化是将炭化产物进一步处理，以形成发达的孔隙结构和巨大的比表面积。活化过程可以通过物理方法（如气体活化法）或化学方法（如化学活化法）进行。
气体活化法是利用水蒸气、二氧化碳等气体在高温下与炭化产物反应，形成孔隙。化学活化法则是利用活化剂（如氯化锌、磷酸等）在高温下与炭化产物反应，产生孔隙。活化后的活性炭具有微孔、中孔和大孔等多种孔隙结构，微孔直径大多在2～50nm之间，每克活性炭的表面积可达500～1500m²甚至更大。

一般的化学方程式为：C6H10O5(木材或其他有机物) + heat(高温) = C(炭) + H2O + CO2

原料选择与处理
选择合适的原料，如木材、果壳、煤等，确保原料无污染且硬度、孔隙度适中。将原料破碎、研磨成粉末状，并进行筛分，去除杂质和不符合要求的颗粒。
活化过程控制
精确控制活化温度和时间，避免原料烧焦或过度活化，影响孔隙度和吸附能力。选择合适的活化方法，如物理活化或化学活化，根据具体需求进行。
冷却与后续处理
活性炭在高温下制备完成后，需要采用适当的冷却方式，避免过快或过慢的冷却速度影响炭的孔隙结构。洗涤去除杂质和未活化的部分，然后进行干燥处理，确保活性炭达到一定的含水率。
安全防护与环境保护
在制备过程中，应佩戴呼吸防护装置，做好实验室通风工作，防止有害气体和碳黑对人体和环境造成危害。产生的废水、废气等应妥善处理，避免对环境造成污染。