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【技术资讯】 多孔碳,椰壳制备工艺

作者: 来源: 日期:2025/1/15 13:51:18 人气:178

椰壳活性炭的原料是优质的椰子壳。主要来自于中国海南、越南、泰国、菲律宾和印度尼西亚等东南亚国家。


椰壳炭又称椰子壳活性炭,是一种多孔性的含炭物质。椰壳活性炭采用椰子壳为原料,采用炭化、活化、过热蒸气催化等工艺精制而成,外观为黑色不定形颗粒,其比表面积可达1000-1600m2/g,微孔体积90%左右,其微孔孔径为10A-40A,具有机械强度高,孔隙结构发达,比表面积大,吸附速度快,吸附容量高,易于再生,经久耐用等特点。由于它具有高度发达的孔隙构造, 是一种极优良的吸附剂, 每克活性炭的吸附面积更相当于八个网球场之多. 而其吸附作用是藉由物理性吸附力与化学性吸附力达成. 其組成物质除了炭元素外,尚含有少量的氢、氮、氧及灰份,其結构则为炭形成六环物堆积而成。由于六环炭的不规则排列,造成了活性炭多微孔体积及高表面积的特性。


01
椰壳活性炭的原料筛选

活性炭的品质取决于原料的好坏,市场上椰壳活性炭的原料主要有两大来源,一种是海南椰壳子,另一种是印尼椰子壳。海南椰子的壳皮薄,密度不是很高,而印尼椰子的壳很厚,而且密度又高,相比之下印尼椰壳加工出的活性炭品质会更好一些。

02
炭化

将筛选好的椰壳放入炭化设备,经高温烧到一定程度后封闭炭窑使空气进入,然后余热继续加热并干馏使椰壳中的水分和木焦油被熘出,即而形成椰壳炭。

03
活化

把炭化好的椰壳炭放入活化炉,使水蒸汽、烟道气(主要成分为CO2)等含氧气体作为活化剂,在高温下与炭接触发生氧化还原反应进行活化。活化工艺的主要操作条件包括活化温度、活化时间、活化剂的流量及温度、加料速度、活化炉内的氧含量等。

04
孔隙结构与表面积的奥秘

椰壳活性炭之所以优于其他活性炭,关键在于其独特的孔隙结构和比表面积。通过活化处理,椰壳中形成的微孔和介孔使其具备了卓越的吸附能力。这些微小的通道和孔洞就像是清新空气的通道,让有害气体无所遁形。

05
椰壳炭主要理化指标如下:
(1)粒度,一般分为4-8, 6-12, 10-28, 12-20, 8-30, 12-30, 20-50目等几种规格。
(2)充填密度,指单位体积椰壳炭具有的质量。椰壳炭充填密度一般在0.45-0.55(g/ml) 之间。
(3)强度,是将椰壳炭放在盛有不锈钢球的专用盘中,在振筛机上进行旋转和击打组合,经一定时间后测定椰壳炭破碎后的粒度变化,计算椰壳炭强度。椰壳炭强度一般≥95%。
(4)灰分,将椰壳炭在一定温度下灰化一段时间,灰化所得灰分的质量占原试样质量的百分数。椰壳炭灰分一般≤5%。
(5)水分又称干燥减量,它是将椰壳炭在150℃±5℃恒温条件下干燥后测得的数据。椰壳炭水分一般≤10%。
(6)碘吸附值,取一定量的椰壳炭试样与已知浓度的碘标准溶液充分接触振荡后,经过过滤(或离心分离),再移取一定量的碘的澄清液用已知浓度硫代硫酸钠滴定,求出每克椰壳炭所吸附的碘的量(以毫克计),称之为碘值。椰壳炭碘吸附值一般在900-1250(mg/g)之间。
(7)亚甲基蓝吸附值,在浓度1.5mg/mL的亚甲基蓝溶液中加入活性炭,振荡20min,吸附后根据剩余亚甲基蓝浓度计算单位活性炭吸附的亚甲基蓝毫克数。椰壳炭亚甲基蓝吸附质一般135-210之间。
(8)pH值,将椰壳炭试样在不含CO2的纯水中煮沸,过滤后水的pH即为椰壳炭pH值。椰壳炭pH一般7-11或6.5-7.5或7-8.5之间。
(9)比表面积,椰壳炭比表面积一般在950-1200(m2/g)之间。
备注(高标准净水活性炭):用于净水器中的活性炭含重金属要求:砷≤10ppb、铝≤200ppb、铁≤200ppb、锰≤200ppb、铅≤200ppb

多孔碳


多孔碳是一种由碳元素组成的、具有多孔结构的材料,通常是通过将有机物质(如木材、煤等)在高温下热解或者用化学气相沉积法等方式制备。

多孔碳材料是有不同尺寸孔结构的碳素材料,其具有高度发达的比表面积和孔隙结构,其孔径大小可从分子大小的超细纳米级微孔到适于微生物活动的微米级细孔,按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的规定,按其孔径的大小可分为微孔(<2nm)、中孔(2-50nm)和大孔(>50nm)三种。
作为一种新材料,其具有优异的物理化学性质,如导电、导热、耐高温,耐腐蚀,使其在催化、锂电池电极材料、吸附、储氨、电容器等领域展示出优异的应用前景,因此大量研究人员专注于多孔碳材料的制备及应用研究。

硅碳


硅碳则是一种新型的锂电池负极材料,具有高导热性、高硬度、高稳定性等特点,硅源和碳源是硅碳负极的核心原料,决定了硅碳负极的性能。


硅碳负极材料在锂电池中具有重要应用。由于硅碳负极材料具有高能量密度、高充放电效率、长寿命和环保等优点,可广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、电动自行车等领域。然而,硅碳负极材料的生产工艺较为复杂,技术门槛较高,用于硅碳负极前驱体的多孔炭材料,依赖高价从日韩企业进口,导致其产品成本较高,限制了其大规模应用。

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