摘要:以煤為原料,采用不同的炭化工藝和不同的活化方法制備活性炭,經(jīng)過不同條件的后處理,研制成煤質(zhì)味精精制用粉狀活性炭。經(jīng)山東菱花味精廠現(xiàn)場化驗分析,并與本廠使用的木質(zhì)粉狀活性炭進行對比試驗,煤質(zhì)味精精制用粉狀活性炭,碘吸附值1057mg/g,亞甲基藍吸附值235.3mg/g,灰分1.36%,鐵鹽0.02%,味精脫色率16.8%,焦糖脫色率97.4%,是一種很好的味精精制用的煤質(zhì)粉狀脫色活性炭。
關(guān)于煤質(zhì)粉狀活性炭的開發(fā)研究,對很多人來說是不以為然的,認為煤質(zhì)粉狀活性炭不就是將篩余炭或其它活性炭經(jīng)過磨粉就可以獲得煤質(zhì)粉狀活性炭。其實不然,這樣的煤質(zhì)粉狀活性炭,灰分很高,質(zhì)量較差,只能用作污水凈化。在飲料、食品制作行業(yè),如制酒、制糖、味精、制藥行業(yè)等是找不到用途的。而這些行業(yè)都是采用木質(zhì)粉狀活性炭。而木質(zhì)粉狀活性炭和煤質(zhì)粒狀活性炭一樣,也有很多品種,如:工業(yè)用粉狀活性炭、味精脫色用粉狀活性炭、糖用脫色粉狀活性炭、藥用粉狀活性炭、針劑用粉狀活性炭、大容量電容器用炭及燃料電池用活性炭等。因此,若將煤質(zhì)粉狀活性炭應用到食品、味精、制糖等行業(yè),就應該按木質(zhì)粉狀活性炭的國家標準中各項技術(shù)指標要求來研究制造煤質(zhì)粉狀活性炭。若照這樣要求,要做的研究工作是很多的。首先是原煤的選擇研究,其次是炭化活化的工藝及工藝參數(shù)的選擇研究:特別是后處理的研究。由于煤質(zhì)活性炭中的灰分不但比木質(zhì)活性炭中的灰分含量高得多,而且絕大部分都是礦物質(zhì)灰分,比起木質(zhì)活性炭的堿性灰分處理難得多,如鎘、鉻、鐵、氯、硫、砷等元素。絕對不能用研究煤質(zhì)顆�;钚蕴康母拍顏硗耆婷嘿|(zhì)粉狀活性炭研究的概念,需要建立煤質(zhì)粉狀活性炭研究的一整套的研究方法和新的工藝,只有這樣才能在煤質(zhì)粉狀活性炭的開發(fā)中取得更大的成績,才能建立起煤質(zhì)粉狀活性炭的研究空間,更好的去占領(lǐng)粉狀活性炭的市場。
近年來,由于人們對環(huán)境保護的意識不斷提高,對生活質(zhì)量和自然環(huán)境要求愈來愈高,所以用于環(huán)境保護方面的活性炭量也越來越多。以木材為原料的木質(zhì)活性炭生產(chǎn)企業(yè),由于受到國家封山育林政策的制約,原材料來源日漸受限,而多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小,生產(chǎn)設備簡陋,對周邊地區(qū)造成嚴重的空氣污染和水污染。因環(huán)境不達標被關(guān)閉的企業(yè)彼彼皆是。從目前活性炭市場情況分析,粉狀活性炭需求量在不斷提升,僅以國內(nèi)需求量為例,年需求量約為10萬噸。而我國目前粉狀活性炭的年產(chǎn)量約為7~8萬噸,遠遠滿足不了國民經(jīng)濟發(fā)展的需求。因此,開發(fā)研制生產(chǎn)煤質(zhì)味精脫色用粉狀活性炭是我們急待解決的任務之一。
1 原材料來源、性能及選擇
以煤為原料制造味精脫色用粉狀活性炭,資源豐富,來源廣泛�,F(xiàn)僅選用以下6種不同煤質(zhì)為原料,進行研制味精脫色用粉狀活性炭。6種原材料性能分析下表1。
表1 6種不同煤質(zhì)原材料成分分析
原煤產(chǎn)地及樣品編號 | 揮發(fā)分(%) | 灰分(%) |
神府煤田SHAC | 34.98 | 2.64 |
寧夏銀川AgAC | 32.54 | 4.11 |
新疆黑山XHAC | 34.76 | 4.84 |
山西大同DYAC | 33.75 | 3.71 |
新疆松樹頭XSHAC | 35.96 | 1.50 |
太原姚村TYAC | 15.41 | 5.89 |
眾所周知:原料的選擇在活性炭制造過程中是影響活性炭質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵,它和制造工藝相比是主要因素,但是原料經(jīng)過選擇確定后對工藝研究也就顯得十分必要,所以說原料的選擇和制造工藝研究是非常重要的,其工藝流程如下。
從表2看出:
表2 6種原煤制得的活性炭的吸附性能
原煤產(chǎn)地及樣品編號 | 活化料性能 | 后處理活性炭性能 | |||||||
碘吸附值(mg/g) | 亞甲基藍吸附值(mg/g) | 灰分(%) | 鐵含量(%) | 碘吸附值(mg/g) | 亞甲基藍吸附值(mg/g) | 灰分(%) | 鐵含量(%) | ||
神府煤田SHAC | 1065.4 | 227.9 | 6.73 | 0.532 | 993.8 | 235.8 | 3.90 | 0.054 | |
寧夏銀川AgAC | 1143.5 | 263.0 | 8.50 | 0.994 | 1095.1 | 265.4 | 2.20 | 0.057 | |
新疆黑山XHAC | 1175.6 | 295.5 | 6.72 | 1.750 | 1134.8 | 189.2 | 1.81 | 0.039 | |
山西大同DYAC | 1091.5 | 251.0 | 24.00 | 0.811 | 1184.0 | 299.7 | 6.75 | 0.056 | |
新疆松樹頭XSHAC | 906.1 | 157.3 | 5.91 | 0.498 | 855.8 | 155.9 | 1.71 | 0.041 | |
太原姚村TYAC | 466.8 | 157.3 | 23.28 | 1.520 | 460.5 | 155.9 | 2.00 | 0.940 |
1)山西大同煤質(zhì)味精精制用粉狀活性炭其碘吸附值、亞甲基藍吸附值等都達到技術(shù)指標要求,經(jīng)后處理的碘吸附值、亞甲基藍吸附值都有增高趨勢;
2)其它地區(qū)煤雖有制造味精精制用粉狀活性炭的可能性,但經(jīng)后處理后其吸附性能有下降趨勢。因此,大同煤是味精精制用粉狀活性炭的較佳原材料之一。
2 大同煤制味精精制用粉狀活性炭的炭化工藝條件選擇
2.1 炭化工藝的選擇
根據(jù)以上對原材料的選擇試驗結(jié)果,確定以大同煤為原料試制味精精制用粉狀活性炭。
根據(jù)多年對煤質(zhì)活性炭的研究經(jīng)驗證明:炭化工藝條件是影響活性炭質(zhì)量優(yōu)劣的主要因素,其中有炭化溫度、炭化時間、炭化升溫速度炭化通空氣量等。為了尋找較佳炭化工藝條件,我們選擇如下7種不同炭化工藝條件進行探索試驗,7種炭化工藝流程如下,試驗結(jié)果見表3和圖1。
表3 大同煤7種類工藝條件下所得活性炭的性能
炭化工藝編號 | 活化料性能 | 后處理活性炭性能 | ||||||
碘吸附值(mg/g) | 亞甲基藍吸附值(mg/g) | 灰分(%) | 鐵含量(%) | 碘吸附值(mg/g) | 亞甲基藍吸附值(mg/g) | 灰分(%) | 鐵含量(%) | |
DYH-1 | 918.7 | 132.5 | 8.42 | 0.354 | 921.6 | 141.2 | 2.24 | 0.034 |
DYH-2 | 703.0 | - | 6.82 | 0.303 | 709.9 | - | 2.4 | 0.038 |
DYH-3 | 587.0 | - | 6.02 | 0.177 | 565.3 | - | 3.61 | 0.021 |
DYH-4 | 497.3 | - | 6.15 | 0.203 | 484.0 | - | 3.64 | 0.028 |
DYH-5 | 676.3 | - | 6.77 | 0.400 | 753.3 | - | 4.24 | 0.021 |
DYH-6 | 789.4 | - | 8.41 | 0.466 | 791.6 | - | 4.85 | 0.021 |
DYH-7 | 1204.5 | 207.9 | 11.13 | 0.567 | 1055.1 | 202.9 | 8.63 | 0.067 |
由表3可知:
1)炭化工藝條件不同,所得結(jié)果不同,以第7種炭化工藝條件為佳,所得的活性炭性能好;
2)在以后的研究中,我們都采用第7種炭化工藝條件進行炭化。
2.2 活化工藝的選擇
炭化工藝條件確定后,進行活化工藝條件研究是關(guān)系到活性炭性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。根據(jù)對煤質(zhì)活性炭多年研究的經(jīng)驗證明:影響活性炭活化性能的因素有:活化溫度、活化時間、水蒸氣量、活化燒失率等。在這些因素中活化燒失率是主要影響因素,所以我們對其它影響因素沒有作更多的研究,只對不同燒失率作了較為詳細的探索,試驗結(jié)果見表4。
表4 大同煤制活性炭燒失率對活性炭性能的影響
樣品編號 | 燒失率(%) | 碘吸附值(mg/g) | 亞甲基藍吸附值(mg/g) | 灰分(%) | 鐵含量(%) |
DH-1AC | 50 | 865.8 | 150.0 | 10.90 | 0.154 |
DYAC-8 | 53 | 1097.9 | 243.3 | 21.00 | 0.562 |
DYAC-7 | 58 | 1120.5 | 253.3 | 16.60 | 0.313 |
DYAC-9 | 60 | 1150.4 | 289.9 | 14.32 | 0.385 |
DYAC-12 | 62 | 1181.4 | 298.7 | 15.08 | 0.310 |
DYAC-14 | 66 | 1131.6 | 280.4 | 16.04 | 0.580 |
DH-2AC | 70 | 1033.0 | 230.7 | 25.50 | 0.852 |
由試驗結(jié)果看出:
1)在沒有做后處理的條件下,活化燒失率控制在60%~65%之間�;钚蕴康牡馕街岛蛠喖谆{吸附值均達到味精精制用粉狀活性炭指標要求;
2)以后的工作重點就是進行后處理降低活性炭的灰分含量和鐵含量。
在后處理試驗過程中,我們做了如下幾項試驗研究工作:
1 )不同酸濃度選擇試驗;
2)不同堿濃度選擇試驗;
3)不同水洗溫度選擇試驗;
4)不同煮沸時間選擇試驗;
5)不同用水量試驗;
6)不同除鐵劑用量選擇試驗。
通過上述試驗選出較佳工藝條件如下:
1)酸濃度為3%~5%;
2)堿濃度為10%~20%;
3)水洗溫度為95~120℃;
4)煮沸時間為2h;
5)用水量為炭量的50~70倍;
6)除鐵劑用量為炭量的0.2%~0.4%。
綜合,上述各項較佳條件對大同煤質(zhì)粉狀活性炭進行后處理,大同煤質(zhì)粉狀活性炭后處理后的性能為:碘吸附值1057.8mg/g,亞甲基藍吸附值235.3mg/g,灰分1.36%,鐵鹽含量0.02%,味精脫色率16.8%,透光率63%,焦糖脫色率97.40%。
鐵鹽含量、味精脫色率、透光率均在山東菱花味精廠質(zhì)量檢驗處化驗室進行化驗。
3 結(jié)論
大同煤通過炭化活化、后處理的工藝條件選擇,在較佳條件下,制得的味精精制用活性炭完全能夠符合國標GB/T 13803-1-1999中所規(guī)定的味精用活性炭的各項指標。