工业煤质颗粒活性炭使用质量差,可能由原料煤性质、炭化与活化工艺、生产设备、产品后处理及使用条件等多方面因素导致,具体如下:

原料煤性质
水分:煤中的水分分为内在水分和外在水分,水分含量过高不仅对煤炭的破碎、筛分不利,而且增加能量消耗,提高生产成本,还可能影响活性炭的吸附性能。
灰分:煤的灰分对活性炭的生产有一定影响,其中有些矿物质可以催化煤中碳与水蒸气的反应,加快反应速度,提高火化炉的产量。但炭化料中无机成分在炭化和活化过程中,大部分转化为灰分,它是影响活性炭强度主要因素,在灰分与碳接触的界面上,灰分会造成裂纹,影响活性炭的强度。
挥发分:挥发分是指煤在隔绝空气条件下,在900摄氏度时,加热7min挥发出来的有机物占煤质量的百分比。不同的煤种挥发分不同,炭化后得到的半焦特性也不同,在一定温度下,对活化剂反应的速率也不尽相同,进而影响活性炭质量。
固定碳:煤的固定碳是煤在隔绝空气条件下,高温热解的固体残留物,其含量和性质会影响活性炭的产率和质量。
煤的可磨性:煤的可磨性反映煤粉粹的难易程度,可磨性差的煤会增加生产成本,且可能影响活性炭颗粒的均匀性。
反应性:反应性又称煤的活性,指在一定温度条件下煤与不同介质的反应能力,反应性差的煤在活化过程中反应速率慢,可能导致活化不充分。
炭化工艺
炭化温度:煤的炭化温度直接影响炭化料的孔隙结构和强度,影响半焦的性质。温度过低炭化不彻底,活性炭没有足够的机械强度;温度过高则会使颗粒鼓泡、开裂,影响活化造孔过程和成品吸附性能。例如,炭化终温过高,会造成炭化料表面收缩形成易石墨化炭层,造成活化难度增加。
活化工艺
活化温度:活化是炭和活化剂在高温下进行的反应,随着温度的升高,反应速度加快,活化速率加大,但是太高易造成活化不均匀。在不同的活化温度下,生产的活性炭孔结构不同,活化温度过高,微孔减少,吸附力下降。一般水蒸气活化法的活化温度控制在800 - 950℃,烟道气的活化温度控制在900 - 950℃,空气的活化温度控制在600℃左右。
活化时间:活化温度固定时,活化时间越长,煤质粉状活性炭的烧失率越大、密度下降越多、吸附量越高,内部孔隙结构也由原来孔的加深变为孔的拓宽,煤质活性炭中的微孔逐渐扩大向中孔发展,同时在中孔或大孔的内壁上又接着会产生新的孔形成更大的孔隙结构,使得活性炭质量变好。但当活化时间过长时,孔壁烧失、孔合并成大量中孔和大孔,活性炭的吸附能力和质量自然会下降。
活化剂种类和流速:不同活化剂与碳的反应速度不同,生产的活性炭性能也不相同。活化剂的种类决定活化方法和活化温度,如炭和氧的反应速度较快,活化温度只需600℃左右即可,而用水蒸气则需800 - 950℃。活化剂流速较大时,它与碳反应速率提高,可能产生不均匀活化,导致微孔减少;活化剂流速小时,微孔容积增加,但延长了活化时间。
生产设备
设备选择:煤基活性炭生产设备的选择尤为关键,一台合适的生产设备能够确保生产流程的精准控制,从而提高活性炭的质量和生产效率。反之,如果生产设备不适合,不仅会造成原料煤的浪费,增加生产成本,而且会导致生产效率低下,活性炭质量不佳。不适合的设备可能在炭化过程中无法均匀加热,导致炭化不彻底或过度;在活化环节,可能无法实现活化剂的均匀流动和反应,影响活性炭的孔隙结构和吸附性能。
产品后处理
粉尘处理:生产活性炭必须进行后处理,即把粉碎的原料等进行去除粉尘处理,否则粉尘过多,清洁度差,使用时会弄脏物品,还可能对人体有害。劣质活性炭为了降低成本,可能没有对活性炭灰份进行后处理,粉尘很大。
使用条件
温度:活性炭的吸附力量随温度变化呈正态曲线分布,在70℃时吸附力量最强,温度提升或降低会使吸附力量下降。此外,温度提升可使其吸附速度加快,但吸附性能降低;温度降低使吸附速度变慢,吸附力量增加。
溶液酸碱度:活性炭吸附力量在偏酸性条件下较强,在碱性条件下吸附力量较弱,但当pH值小于2时,开始对活性炭吸附产生一定的解析作用,此外活性炭在碱性条件下有脱吸附现象,因此在碱性条件下不宜使用活性炭吸附。
被吸附物质的极性:活性炭吸附随着物质的极性增大而增大,对于非极性物质的吸附能力很差。