[科普中国]-煤质颗粒活性炭

用优质无烟煤和焦油为原料，采用先进工艺加工精制而成。外观为黑色柱状颗粒。有孔隙率发达、比表面积大、吸附力强、机械强度高、易反复再生、造价低等特点。广泛用于有毒气体净化、废气处理、工业和生活用水的净化处理、溶剂回收等方面。

加工利用一个统一的标准对煤质柱状活性炭进行质量控制。因此，建立相关烟用活性炭标准对行业内企业开发活性炭复合嘴棒有重要指导意义。制订活性炭行业、国内外标准查询情况： 性能指标 活性炭过滤嘴的生产过程中要求抑制粉尘的产生，所以我们希望能设定一个比较高的强度指标。经多家活性炭滤嘴棒厂家的生产实践表明，从抑制粉尘和保护切刀口方面考虑，烟用活性炭的强度要大于90%以上，才便于加工利用。

在我国的东亚邻国日本和韩国，活性炭复合滤嘴卷烟占据市场主导地位。在我国强度都起到非常重要的作用， 根据对国内外活性炭标准的查询，主要物理性能指标有：形状、外观、比表面积、孔容积、比重、目数、粒度、强度。依据：主要是根据国内多家卷烟企业和滤嘴棒生产企业的活性炭样品的检测结果和生产经验制定。同时少量参考GB/T02-1999木质净水用 颗粒活性炭的质量标准中的指标，根据烟用活性炭的特点，拟定了以下指标值。 全国各种活性炭厂众多，生产水平不尽相同，而卷烟复合嘴棒中，活性炭是最重要的组成部分，为保证复合嘴棒卷烟产品的质量，需要能是吸附不凝性气相有害组份。 煤质柱状活性炭产品的性能指标可分为物理指标（包括功能指标）、化学指标指标、安全性指标和其它共性指标。四种性能指标对活性炭的选择和应用、测试方法、 煤质柱状活性炭的种类很多，按原料不同可分为植物原料炭、煤质炭、石油质炭以及其它炭（如纸浆废液炭、合成树酯炭、有机废料炭、骨炭、血炭等 我国是卷烟生产和消费大国，活性炭滤嘴烟因能大大改善对烟气的过滤效果，减少烟气中的有害成分，作为低毒卷烟的一个品种，今后在我国 标准的主要目的是为了统一全行业使用活性炭的质量水平，促进活性炭生产企业提高产品质量，更好的为卷烟行业服务。1

分类活性炭按外观形状可分为粉状活性炭、不定型颗粒活性炭（或破碎活性炭）、成型活性炭（或定型颗粒活性炭）、球型炭、纤维状炭、织物状炭、无臭、无味，不溶于水和有机溶剂，耐酸、耐碱，能经受高温和高压作用，被广泛地应用于各个领域。其外观为暗黑色柱状颗粒或不定型颗粒状，具有很大的比表面积，合适的孔隙结构，机构强度高，能经受高温、高压作用，不易破碎灰，使用寿命长等特点。

A型 煤质柱状活性炭： 广泛应用于溶剂回收、工业废气净化、防护装具、家装空气净化、电厂原水净化、饮用水净化，中水回用等方面。

B型 煤质柱状活性炭： 广泛应用于纯净水处理、电厂原水处理、电子厂用水处理、化工颜料用水处理、食品厂和制药厂用水处理，以及污水厂生物载体、工厂及垃圾场的废气处理，中水回用,海水养殖育苗等方面。

C型 煤质柱状活性炭： 广泛应用于在纯净水制造、污水处理、污水生物载体、海水养殖，以及冷库保鲜、工厂空气净化等领域中使用。

D型 原煤破碎颗粒活性炭：适合应用于电厂原水净化、自来水净化。尤其在化工污水的过滤净化处理以及电厂锅炉采用苦咸水的氯根处理方面,有很好的处理效果理。

E型 原煤破碎颗粒活性炭：适合应用于电厂原水净化、尤其在化工污水的过滤净化处理以及电厂锅炉采用苦咸水的氯根处理方面，有很好的处理效果理。以及高尔夫球场的土壤改良等工程。

F型 煤质粉状活性炭：主要适用于自来水净化，用以吸附原水中的有机物、余氯和异味，降低浊度，改善口感，使其达到饮用水的标准。该品在污水处理行业也有良好的处理效果。1

指标化学指标：灰分、水分、PH值、重金属 煤质柱状活性炭是具有多孔隙结构、有很大的比表面积和吸附能力的炭。它具有发达的微孔，对气相中有害物有明显吸附效果。 活性炭性质稳定，无毒。

物理性能指标：强度、比表面积、粒度分布、表观密度、 强度指标：≥90.0% 表面积、碘吸附值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值等。

安全性指标主要有：铁含量、锌含量、铅含量、砷含量等重金属含量等。

吸附性能指标有:：比戊间二烯、丁酮、苯、甲苯等。

制定活性炭标准的意义： 据美国《科学新闻》报道，由醋酸纤维制成的普通滤嘴卷烟并不安全。有文献指出，含活性炭的过滤嘴能吸附卷烟烟气中的乙醛、乙腈、异 ，随着降焦减害工作的深入，活性炭复合滤嘴棒使用越来越广泛。 活性炭因其特殊物理化学性质－巨大的比表面带来的高吸附性、良好的可加工性能，在低焦油、高安全性卷烟中得到越来越广泛的运用。国际上对用活性炭吸附卷烟烟气中有害组分作过广泛深入的研究，认为以烟重1%～15%的活性炭加入过滤材料炭潜在的巨大市场，前景相当乐观。 标准中选定的烟用活性炭的性能指标有： 活性炭用于滤嘴棒中，主要考虑的是它在加工过程中的适应性、质量稳定性，以及烟支的抽吸品质，综合各方面的原因，基于目前国内煤质柱状活性炭指标的确定合嘴棒以及使用复合嘴棒的卷烟的可加工性和内在品质具有很大影响。康的危害作用比较明显，并且对改善卷烟的抽吸品质有着较好的作用。1

质量控制煤质颗粒活性炭是以原煤为原料，经过炭化、活化，制成的一种多孔性碳素物质。它具有一定的机械强度和很大的比表面积，具有很强的吸附性能，广泛地应用于化工原料气体、化工合成气体、制药工业用气、饮料用二氧化碳气体、氢气、氮气、氯气、乙炔、乙烯、裂化气、惰性气体等的净化及原子设施排气等的净化、分离和精制医药、化工、食品工业及环境保护等多个领域。活性炭产品的质量，与生产过程中的每个工序都密切相关。2

原煤性质的影响由于成煤过程中的条件不同、煤阶不同，其含碳量、含氧量、含氢量不同，挥发分不同，煤的结构不同，导致炭化后制成的炭化料性质也不同。煤制炭化料通常分2 种：普通炭化料和低漂浮炭化料。在大同地区，同样是8 号煤层，丁村、杨树湾的煤就可以制成低漂浮炭化料，而甸湾的煤只能制成普通炭化料。同样是11 号煤层，大陆坡的煤就可以制成低漂浮炭化料，而青磁窑的煤只能制成普通炭化料。2种炭化料的性能区别在于漂浮率和结块性不同，这是由于成煤条件不同，导致煤的化学结构不同，炭化后得到的炭化料特性也不同。2

炭化料质量的影响生产活性炭的原料是炭化料，即半焦，半焦的质量直接影响活性炭的质量。要想生产出优质的活性炭必须从原材料抓起，严格把关。

1、炭化料的初步孔隙结构对活性炭品质的影响。活性炭的生产过程其实是炭化料再次造孔的过程。如果煤在成为半焦的过程中炭化温度控制不当，就会直接影响炭化料的孔隙结构，使初步孔隙发育不良，从而使活性炭的孔隙发育受到制约，产品质量受到影响。

2、炭化料中的灰分对活性炭品质的影响。炭化料中的灰分主要是炭中矿物质燃烧后的残渣含量。生产活性炭时，其灰分大部分留在活性炭中，因此活性炭灰分比原料灰分大2 ～ 3 倍。所以，对灰分的要求是越低越好。如果炭化料中灰分过高，会影响活性炭的机械强度，影响活性炭的孔隙结构，降低活性炭的吸附能力。另外，如果灰熔点高，可以提高活化温度，增加产量，如果灰熔点低，会在活化过程中，造成活化炉产品道焦结，堵塞料道，影响活性炭的产品质量，严重时会烧坏炉芯，导致炉体报废，造成重大事故。

3、炭化料挥发分对活性炭品质的影响。炭化料的挥发分是指炭化料在隔绝空气时，在一定温度（900 ± 10）℃下加热7 min，所挥发出来的质量百分比。这其中不但有有机物受热分解，还会有矿物质分解。在活化炉正常生产过程中不需外加热源，主要是靠炭化料中挥发分的逸出，以及活化反应产生的可燃气体的燃烧来提供量。如果挥发分过高，会造成产品烧结，活性炭的孔隙发育不良，甚至料道堵塞; 如果挥发分太低，会使产品的烧失率加大，产率降低。同时，影响活性炭的外观。所以，要求炭化料的挥发分在8% ～ 15%。

4、炭化料水分对活性炭品质的影响。炭化料中的水分主要来源于半焦的熄焦水。在活化过程中，由于水分的蒸发，炉温降低，造成活化炉热量损失，从而影响活性炭的活化质量。

5、炭化料粒度对活性炭品质的影响。对于不同粒度的炭化料，在活化炉中，由于活化反应受活化剂在碳层内扩散速度的影响，所以，颗粒小的炭化料其活化速度快；颗粒大的炭化料则由于活化剂与碳的接触面积小，所以会发生颗粒外部已烧失，而内部却还未完全活化的情况。如果颗粒大的炭化料活化程度达到最佳时，则与大颗粒一起活化的小颗粒物料就难免会烧过，导致碘吸附值下降。因此，在相同的工艺条件下，炭化料粒度的均匀性直接影响其活化速度及活化料质量的稳定性。所以炭化料粒度要均匀，通常要求炭化料粒度在3 ～ 8 目。

6、炭化料反应性对活性炭品质的影响。炭化料的反应性也叫活性，是指在一定温度条件下，与不同的介质相互作用的反应能力。这些反应是制造粒状活性炭时，活化阶段的主要反应。炭化料反应性好，就会使活化料生产周期短，产量高，灰分低，吸咐性能好，生产成本相对较低。2

活化炉生产工艺条件的影响煤气厂使用的活化炉是斯列普活化炉，是一种以水蒸气和烟道气为活化剂，交替进行活化的炉型。根据斯列普活化炉特有的结构及产品指标的不同，通过调整工艺指标，可生产不同指标要求的活性炭，并且使其在活化过程中质量、产量达到最佳效果。

1、活化温度对活性炭吸附性能的影响

随着活化温度的升高，碘吸附值和亚甲兰值呈上升趋势，产率和强度则呈下降趋势。随着温度的提高，活化反应速率也提高。但活化温度过高，势必造成进炉的风量增加，炉气含氧量相对较难控制，炭的烧失率也在加大，产率降低，灰分增加。另外，温度过高，活性炭内的微孔反而减少，吸附能力下降。其次，还易造成产品通道堵塞，降低产量，严重时影响活化炉使用寿命。因此，将活化温度控制在一定范围内，对提高活性炭产品质量非常重要，煤气厂的活化温度一般控制在850 ～ 950 ℃。

2、水蒸气压力和流量对活性炭吸附性能的影响

由于放出热量足以使活化反应处于热平衡状态，两半炉之间定期交替运行，使活化温度稳定，活化效果好，产品质量均匀，吸附能力强。为了保证水蒸气与炭化料的充分接触，加速活化反应，提高活化效率，可以提高水蒸气的实际需求量。如果水蒸气压力低、流量小，则放热反应大于吸热反应，炉温不易调控，烧失率大，活化反应缓慢，活性炭质量、产量均下降。如果水蒸气压力高，流量大，则炉压高，炉内气氛不易控制，影响安全和活化炉使用寿命

3、 活化炉内压力对活性炭吸附性能的影响

活化炉必须保持正压操作，炉压过高，容易从炉体各处喷出活化气体，引起炉外着火，影响安全生产和活化炉寿命，也不利于炭化料内反应后的活化气体逸出，孔隙打不开，影响活化效果；炉压过低，易从炉外吸进空气，引起炭的烧失率增加，严重时，吸进的空气与炉内活化气体发生爆炸，引起事故。因此，冷却半炉炉压一般控制在80 ～ 100 Pa，加热半炉炉压控制在20 ～ 40 Pa 最为合适。

4、活化时间对活性炭吸附性能的影响

活化时间一般根据产品活化情况确定，需生产碘吸附值高的活性炭，一般适当延长活化时间即可。但活化时间过长，炭的烧失率加大，灰分增加，强度降低，严重时碘吸附值反而降低，且易造成产品道的堵塞，一般活化时间应控制在40 ～ 45 h。2

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学