[科普中国]-颗粒碳

颗粒碳分为定型和不定型颗粒。主要以椰壳、果壳和煤质等为原料，经系列生产工艺精加工而成。广泛用于化工、电子、医药、印染、食品及生活用水、工业用水、溶液过滤、吸附净化、除杂，也可用于工业废水深度净化。

颗粒碳介绍一般为颗粒状，微孔发达，机械强度高，吸附速度快，净化度高，不易脱粉，使用寿命长。

颗粒碳用途可广泛用于化工、电子、医药、印染、食品及生活用水、工业用水、溶液过滤、吸附净化、除杂，也可用于工业废水深度净化。可有效除去臭味、氯、氰及多种重金属离子等有害物质和脱色。1

制备原料制备颗粒碳的原料十分广泛，含碳物质均可以成为制备颗粒碳的原料，它们主要分为两大类：煤质原料、木质原料。煤质原料主要有无烟煤、煤泥、褐剁及石油焦及煤基类；木质原料主要指核桃壳、木材、果壳、竹质、农作物秸秆、含碳废渣等。此外，利用除尘灰分离炭粉和废聚苯乙烯泡沫等原料也可以制备出质量较好的颗粒碳。

制备方法颗粒状颗粒碳的制备方法主要分为两大类：1)无需添加粘结剂直接进行炭活化；2)添加粘结剂使碳质前驱体加工成型，再进行炭活化工序。

无粘结剂法无需添加粘结剂制备颗粒碳可分为两种：一是将一定形状尺寸的天然木质原料直接进行炭活化，得到无定形颗粒状颗粒碳；二是在无需添加粘结剂的条件下，化学药剂活化法自成型制备颗粒碳。

丰富的成型天然木质植物原料，如椰壳、核桃壳、橄榄核等果壳果核类，可直接通过物理或化学活化法制备不定形颗粒碳。Poinern等以澳洲坚果壳为原料，先进行高温炭化，再结合二氧化碳活化法制备颗粒碳，并探讨了活化温度对颗粒碳吸附金的影响。结果表明，高温活化有利于提高颗粒碳的吸金容量。贺德留等发明了磷酸法生产木质无定形颗粒碳技术，通过对原料(主要是果壳、果核)的预粉碎、浸泡、浮分及低温下干燥炭化处理，活化后可得具有较高强度和吸附力的产品。结果表明，原料粒度为 20 ~ 40 目有利于活化剂的渗透，相比氯化锌法，提高了无定形炭的强度，且碘值>950 mg/g，B 焦糖色>100%，相比物理法其生产成本降低了 40%。

化学活化法自成型制备颗粒碳，是在碳质原料中加入一定数量的化学药品，进行充分捏合塑化产生焦油等胶黏和增塑性物质，无需另加粘结剂即可成型，经加热炭活化一步完成的制备方法 。目前，制备颗粒碳使用的化学药剂主要有 ZnCl2、H3PO4、KOH、NaOH、H2SO4、CaCl2、K2CO3等。不同的化学活化剂，对原料的活化机理各不相同。2

粘结剂法添加粘结剂主要是为了解决原料自身无粘结性，成型困难，产品强度、表面光滑度不理想等问题的成型颗粒碳的制备。粘结剂的种类和用量，很大程度上影响着颗粒碳的强度和吸附性能。加入粘结剂，往往使颗粒碳的部分孔隙堵塞，造成机械强度提高的同时其吸附性能降低。常用粘结剂有煤焦油、淀粉、木焦油、亚硫酸纸浆废液、粘土、废糖蜜、羧甲基纤维素、树脂类等。

煤具有含碳量高、资源丰富、价格低廉等优点，广泛用于颗粒碳的制备原料。当前，制造煤质颗粒碳所用的原料煤都是无粘结性和弱粘结性的煤，如无烟煤、弱粘煤、褐煤等，因此均需要在原料煤中添加一定数量的粘合剂，使之压制成型。由于煤焦油的沥青含量高，对煤粉的粘结能力强，因此，我国煤质颗粒碳工厂大多数采用煤焦油作为粘结剂。杜亚平等采用煤焦油作为石油基颗粒碳的粘结剂，与无烟煤混捏，经挤压成型，活化制得机械强度较高、微孔发达的颗粒碳，可作为净化空气或水用吸附剂。

除了煤质原料，研究者对木质原料及其他原料制备颗粒碳也进行了大量研究。夏洪应等以烟杆废弃物为原料，木焦油为复合粘合剂，分别采用水蒸气和二氧化碳活化法制备颗粒碳。结果表明，900 ℃活化时，水蒸气法颗粒碳呈微孔型，BET 比表面积为 1037 m/g，总孔容积为0.8152 mL/g；二氧化碳法颗粒碳炭也呈微孔型，比表面积为 947.81 m/g，总孔容为 0.48 mL/g，但得率高于水蒸气法。3

颗粒碳作用对水质净化有极好的效果，它不但能除去异臭异味，提高水的纯净度。对水中各种杂质如氯、酚、砷、铅、氰化物、农药等有害物质也有很高的去除率。可广泛用于装填各类大、中、小型净水器。也适用于糖类，清凉饮料的脱色和精制，以及室内外空气的净化，特别是加载了特殊成分的活性炭对室内有害气体如氨、甲醛等，具有更好的净化效能。

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郭亮 - 副教授 - 中国海洋大学