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。
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。
煤质活性炭是一种孔隙率高、面积高、吸附特性强的新型材料,广泛应用于水处理、空气净化、废气处理、褪色净化、催化剂载体、电池隔膜等领域。煤质活性炭由于其良好的吸附性能和耐化学性,已成为水处理和废气处理领域的常用材料之一。
煤质颗粒活性炭主要的性能就是它的吸附性,吸附性的强弱与活性炭的孔隙结构有关。微孔在很大程度上决定着活性炭的吸附能力。在固体活性炭的表面,主要发生两种方式的吸附,即物理吸附和化学吸附。化学吸附是单分子层吸附,可以除去废水和废气中的极性污染物以及一些金属离子。物理吸附能够形成多分子层吸附,能有效地吸附废水和废气中的有机污染物。当吸附质与吸附剂的表面接触时,究竟是发生物理吸附还是发生化学吸附,取决于吸附剂的表面活性、吸附质的性质、温度和其他因素。工业用活性炭,除吸附能力外还要求:①机械强度大和耐磨性能好;②脱附所需能量小,再生容易;③有稳定的结构,再生时炭损失小等。
煤质颗粒活性炭强度高、孔隙发达、比表面积大,尤其微孔容积大而优点。煤质活性炭对各种水中的有机质、游离氯以及空气中有害气体有的吸附能力,是城市饮用水深度净化的优良吸附剂,并应用于脱除空气中细菌及毒害气体。煤质活性炭具有发达的孔隙结构、良好的化学稳定性和机械强度,是一种优良的广谱碳质吸附材料。根据外表形态的不同,煤质活性炭主要可分为煤质颗粒活性炭和煤质粉状活性炭,颗粒活性炭又分为煤质成型炭 [包括柱状炭、压块炭 (或压片炭)和球形炭和原煤破碎活性炭两大类。根据用途不同,可分为净化水用、净化空气用、脱色用、回收溶剂用、针剂用、防护用等多种用途活性炭。由于其耐酸、耐碱、耐热,且颗粒活性炭在吸附饱和后,可方便地再生,所以,活性炭是现代社会工业生产和环境保护中的碳质吸附材料。
煤质颗粒活性炭吸附水中溶质分子是一个复杂的过程,是几种力综合作用的结果,包括离子吸引力、范德华力、化学杂和力。根据吸附的双速率扩散理论认为,吸附是一个由迅速扩散和缓慢扩散两阶段构成的双速过程,迅速扩散在数小时内即完成,发挥了60%~80%煤质颗粒活性炭的吸附容量。迅速扩散是溶质分子在碳粒内沿径向均匀分布的阻力小的大孔隙中扩散的过程。这些大孔隙产生径向的扩散阻力。当分子从大孔进一步进入与大孔相通的微孔中扩散时,由于受到狭窄孔径所产生的很大阻力,从而极为缓慢。微孔也是在碳粒内均匀分布,但不构成径向的扩散阻力。影响煤质颗粒活性炭吸附的因素涉及溶质分子极性、分子量大小、空间结构,这一点取决于水源水质的特征。煤质颗粒活性炭对不同的物质分子具有选择吸附性。