“活性炭”定名之初，人們總以為它具有吸附、脫色能力是由于有了“活性”的緣故，而活性又是由化學(xué)反應(yīng)和熱處理而獲得，把具有活性的炭叫做活性炭，把使炭活性化的過(guò)程叫做活化。

以后通過(guò)研究活性炭的結(jié)構(gòu)得知，活性炭之所以有很強(qiáng)的吸附能力主要是由于它具有特殊的微晶結(jié)構(gòu)，較為發(fā)達(dá)的微孔、巨大的比表面積。制造活性炭的主要工序—活化過(guò)程，就是使炭形成多孔的微晶結(jié)構(gòu)，具有巨大的比表面積。

自從本世紀(jì)初（1909年）誕生活性炭工業(yè)開始，活性炭生產(chǎn)工藝與設(shè)備就分成化學(xué)法和氣體法兩大類。經(jīng)80余年的發(fā)展，出現(xiàn)各種活化爐型，工藝日臻成熟，新工藝、新設(shè)備、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。不過(guò)基本上絕大部分仍屬兩大類型，除了特種活性炭如較新品種的纖維活性炭、珠形活性炭等以外，顆粒活性炭的炭化、活化設(shè)備與粉狀活性炭的生產(chǎn)設(shè)備是相同的。

一、氯化鋅法活化原理

氯化鋅和其他化學(xué)藥品活化法生產(chǎn)活性炭的方法，簡(jiǎn)稱化學(xué)法。它是將各種含碳原料與化學(xué)藥品均勻地混合（或浸漬）后，在適宜的溫度下，經(jīng)過(guò)炭化、活化和回收化學(xué)藥品、漂洗、干燥、粉碎等過(guò)程，制取活性炭的一種方法。國(guó)外常用的化學(xué)藥品有氯化鋅、磷酸、硫化鉀和白云石（CaCO₃·MgCO₃），國(guó)內(nèi)主要是氯化鋅法，個(gè)別的也用磷酸法。

氯化鋅法在國(guó)內(nèi)直接用木屑作原料，炭化、活化工序分開或一道完成（回轉(zhuǎn)爐法）均可。用氯化鋅法制定型顆粒炭時(shí)，是在炭化前塑化階段完成擠壓成型的，這時(shí)氯化鋅既作活化劑又起粘結(jié)劑的作用。

關(guān)于氯化鋅的活化作用，至今還不十分清楚，現(xiàn)將有些見(jiàn)解、推論概述如下。

氯化鋅的強(qiáng)脫水作用，使木質(zhì)炭化溫度顯著降低（在150-300℃），并改變熱分解進(jìn)程，控制了焦油的產(chǎn)生，有利于孔隙開放，因焦油物質(zhì)會(huì)堵塞孔隙的。氯化鋅在較低溫度下（200℃）會(huì)使木纖維潤(rùn)脹，并侵蝕到木質(zhì)內(nèi)部直至產(chǎn)生熔融混合物一解聚、塑化過(guò)程。由于ZnCl₂沸點(diǎn)732℃、熔點(diǎn)263℃，故在木質(zhì)炭化結(jié)束的溫度下（450℃）它仍是液態(tài)存在，不阻礙碳分子的重排、容易形成炭結(jié)構(gòu)，并在炭?jī)?nèi)均勻分布，以后把ZnCl回收抽出時(shí)，就形成發(fā)達(dá)微細(xì)孔。

氯化鋅法炭得率較高，一般達(dá)40%（對(duì)絕干原料），80%碳轉(zhuǎn)到活性炭中來(lái)，這是氯化鋅法的一大特色。另一特色是通過(guò)調(diào)節(jié)氯化鋅用量，來(lái)調(diào)節(jié)所產(chǎn)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，如生產(chǎn)糖用炭時(shí)固體屑與固體鋅之比為1∶1.6-2，而生產(chǎn)藥用炭時(shí)比例調(diào)為1：1.1-1.3，即ZnCl₂用量大時(shí)，孔徑向增加（過(guò)渡孔多）方向變動(dòng)。

同時(shí)，氯化鋅法有污染嚴(yán)重（大氣和水體），有重金屬殘留影響成品用途等二大弊端，使用此法的廠家有減少的趨勢(shì)。

二、ZnCl2法分類

1.間歇式土法生產(chǎn)

炭化、活化分開在土爐中完成，是為間歇式。

（1）平板炭化爐：所謂平板爐，即用耐火磚板鋪設(shè)成平板炭化室、平板架在加熱煙道上，由燃燒室燃煤或柴產(chǎn)生高溫?zé)煹罋夤帷Ｔ摖t溫度500-700℃，料層溫度300-400℃，拌好氯化鋅的鋅木屑攤在炭化室里，料層厚度20-30cm，不斷翻拌約30-60min完成每批料的炭化。200t/年成品產(chǎn)量配套炭化爐長(zhǎng)約8m，寬2m，鋪設(shè)4條煙道。

有的把炭化室建在活化室上面，利用活化余熱來(lái)完成炭化，以減少燃耗，這就是目前采用的雙層活化爐。

（2）爐管式活化爐：爐體長(zhǎng)、寬、高分別為7m、2.5m和1.8m，另設(shè)一燃燒室，年產(chǎn)量200t/年。爐床用耐火磚隔成7個(gè)活化室（爐管），爐管上下各圍繞4條煙道，由燃燒室送來(lái)高溫?zé)煹罋饧訜峄罨t溫700-800℃，料層溫度500-600℃，活化需時(shí)2-2.5h，每隔15-20min翻料一次。當(dāng)呈暗紅色、冒藍(lán)煙，炭疏松、烏黑即可出料。

雙層式活化爐，在爐管上煙道之上再建造平板炭化室，炭、活化兩道工序可在一個(gè)爐里完成。

2.連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法

炭、活化一道在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里連續(xù)完成。

回轉(zhuǎn)爐為臥式，內(nèi)徑1m，長(zhǎng)13m。筒體用鋼板制成，內(nèi)襯耐火磚。在中部外套大齒輪，借以推動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)。兩端各有一對(duì)托輪，支承筒體重量。爐頭和爐尾均有密封裝置。安裝的傾斜度為2°-5°。生產(chǎn)能力為日產(chǎn)活性炭1-2t。

回轉(zhuǎn)爐為連續(xù)操作，捏和后的鋅屑料，由圓盤加料器和螺旋送料器送入爐尾。物料借助筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜度緩慢地向爐頭移動(dòng)。在爐頭設(shè)有燃燒室，燃燒原油、煤氣等產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入爐中，由爐頭向爐尾流動(dòng)。與物料逆流直接接觸。在炭化過(guò)程中，形成帶粘性的塑性物料，粘附在爐壁上，結(jié)塊成痂，堵塞爐膛。為了防止堵塞，在爐內(nèi)裝有用鏈條串連好的星形刮刀，讓它隨著筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)，不停地撞擊爐壁，將粘在爐壁上的結(jié)塊物料刮削下來(lái)。

活化好的物料稱活化料，從爐頭落入出料室，并定期取出，送往回收工序。廢煙氣從爐尾經(jīng)煙道進(jìn)入廢氣回收系統(tǒng)。

回轉(zhuǎn)爐的炭、活化工藝條件為：

活化區(qū)物料溫度500-600℃，爐頭溫度700-800℃，爐尾溫度200-300℃。炭活化時(shí)間約40min，出料間隔時(shí)間20min。筒體轉(zhuǎn)速1-3r/min。

三、氣體法活化原理

氣體活化法生產(chǎn)活性炭是先把含碳有機(jī)原料炭化，然后讓氣體活化劑-水蒸汽、CO₂、O₂（空氣）等通過(guò)熾熱的炭層、并與炭發(fā)生活化反應(yīng)進(jìn)行活化的。活化料經(jīng)酸水洗精制，干燥后粉磨即制得粉狀炭。不定型顆粒炭一般采用較硬的炭破碎成一定粒度活化后精制而得。定型顆粒炭是炭粉磨成細(xì)粉末加粘結(jié)劑擠壓成型，再經(jīng)炭、活化和整粒而得。

研究表明，原料炭化時(shí)已形成活性炭微晶結(jié)構(gòu)的雛形，即類似石墨的基本微晶結(jié)構(gòu)。微晶之間留有空隙，此時(shí)，由于焦油物質(zhì)的析出和分解，這些空隙被占據(jù)或被紊亂的“無(wú)定形”炭所堵塞，結(jié)果炭化品的吸附量很小。當(dāng)進(jìn)行（ 氣體法）活化時(shí)，空隙中的焦油等物質(zhì)和紊亂的炭首先被除去，開放了原來(lái)閉塞的孔隙。這時(shí)基本徽晶表面暴露出來(lái)，并與活化劑作用，發(fā)生燒失。微晶燒失是不均勻的，燒失速度在同炭層平行的方向比垂直方向大，在邊角上和有缺陷的位置上的碳原子即活性點(diǎn)上的碳同氣體反應(yīng)的速度較大，微晶的這種不均勻的燒失就導(dǎo)致新的孔隙的出現(xiàn)。在隨后的活化過(guò)程中，孔隙不斷加寬，相鄰微孔之間的壁完全被燒毀而形成較大的孔隙，導(dǎo)致過(guò)渡孔和大孔容積的增加。總之，常用這三種過(guò)程來(lái)解釋活化過(guò)程中產(chǎn)生孔隙的活化機(jī)理：

（1）原來(lái)閉塞孔的開放；

（2）原有孔隙的擴(kuò)大，孔壁被燒失：

（3）某些結(jié)構(gòu)經(jīng)選擇性活化而產(chǎn)生新孔。

孔隙的生成與炭的氧化程度有密切的關(guān)系，而炭的氧化必然要消耗炭。因此，常用燒失率來(lái)衡量炭的活化程度，調(diào)節(jié)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，這是氣體活化法的一大特色。根據(jù)杜比寧（Dubinin）的觀點(diǎn)，燒失率小于50%時(shí)，得到的是微孔活性炭；燒失率大于75%時(shí)，得到的是大孔活性炭；燒失率在50%-75%時(shí)，活性炭具有混合結(jié)構(gòu)。

氣體活化法炭的得率較低，但成品比較純凈。

在生產(chǎn)上采用水蒸汽、煙道氣、空氣等含氧氣體作為活化劑，與碳反應(yīng)進(jìn)行活化：

1.水蒸汽活化

碳同水蒸汽的反應(yīng)為：

C+H₂O→H₂+CO-131kJ

同碳?xì)饣乃簹夥磻?yīng)，此活化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)—冷卻效應(yīng)，應(yīng)由外部給熱，故多用過(guò)熱水蒸汽。產(chǎn)生的可燃性反應(yīng)氣體（水煤氣）燃燒回收熱量，可以平衡供熱。

水蒸汽活化緩慢、平穩(wěn)，能獲得優(yōu)良活性炭，在生產(chǎn)上較多采用。

水蒸汽活化是在隔絕氧，在750-950℃的條件下完成的。氧會(huì)使炭表面燒失，降低炭的成品收率，故應(yīng)盡量減少混入空氣（氧）。

2.空氣（氧）活化

碳同氧氣反應(yīng)為：

C+O₂→CO₂+386.2kJ（600℃以下）

2C+O₂→2CO+225.6kJ（800-900℃）

這兩個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，可在較低溫度下進(jìn)行、兩種產(chǎn)物CO與CO₂的比值隨溫度的增高而增加。

由于反應(yīng)放出大量熱量，不易控制爐內(nèi)的正常溫度，尤其不容易避免局部過(guò)熱而造成不均勻活化，燒失過(guò)多，一般不單獨(dú)使用，常在空氣活化劑中滲入適量的水蒸汽，利用水煤氣反應(yīng)的吸熱作用來(lái)控制料層溫度。

3.煙道氣（CO）活化

碳同二氧化碳的反應(yīng)為：

C+CO₂→2CO-170.5kJ（850-1100℃）

此反應(yīng)也是吸熱反應(yīng)，比水蒸汽活化溫度還要高，一般也不單獨(dú)使用，常摻入適量空氣和水蒸汽并用。

4.混合氣體活化

工業(yè)生產(chǎn)上很難做到用單一活化氣體活化，一般采用空氣與水蒸汽、煙道氣與水蒸汽、煙道氣和氧（空氣）等混合氣體進(jìn)行活化或兩種以上活化氣體交替進(jìn)行活化。

如上所述，用水蒸汽和空氣的混合氣體活化時(shí)，若混合比例適宜，可使吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)相平衡，使活化溫度穩(wěn)定，活化均勻。另外，有的認(rèn)為原料炭有各種各樣活性點(diǎn)，有的活性點(diǎn)易于同水蒸汽反應(yīng)、有的易于同CO₂反應(yīng)，采用混合氣體活化，對(duì)提高活性炭成品的吸附能力是有好處的。

也有采用分段活化法，即先用水蒸汽在800℃下進(jìn)行短時(shí)間活化，然后用空氣在500-600℃下進(jìn)一步活化；或先用水蒸汽在800℃活化，然后用煙道氣活化，以提高脫色力。

四、氣體活化法工藝設(shè)備分類

為了使活性炭的孔結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和吸附性能適應(yīng)不同工業(yè)用途，即具備不同的吸附選擇性，有多種制造方法。目前我國(guó)采用的氣體活化法有10余種之多。主要根據(jù)活化氣體、爐型、活化反應(yīng)床等分類，如燜燒爐煙道氣活化法、鞍式爐水蒸汽活化法等等。現(xiàn)就常用的幾種方法歸納列表見(jiàn)表2-11。

此外，還有多管沸騰爐、外溢流式沸騰爐、旋流噴動(dòng)活化爐、燧道窯活化爐、斜板式活化爐、百葉窗式活化爐、機(jī)械耙動(dòng)活化爐等未列入。

目前活化爐正向薄層、強(qiáng)化活化方向發(fā)展。