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蜂窝活性炭的结构特征

  蜂窝活性炭是指具有许多狭长、直的(或者弯曲的)平行通道的新型整体结构活性炭,其较早见于日本的报道。

  在众多的活性炭产品中,蜂窝活性炭具有其突出的优点:首先,蜂窝活性炭包含了活性炭原有的优点,例如:比表面积大、表面化学官能团稳定、抗酸碱腐蚀性、疏水性等;其次,由于自身独特的蜂窝状结构,使其具有开孔率高、几何表面积更大、扩散路程短、耐磨损等新优点。在其众多的优点中,较大优点莫过于压力损失小,在同样条件下,蜂窝活性炭的阻力仅为同比颗粒活性炭的1/10左右。

  蜂窝活性炭的结构特征有以下几点:

  按制备过程的差异可将蜂窝活性炭分为两种结构类型:整体式蜂窝结构和涂层式蜂窝结构。

  整体式蜂窝结构在蜂窝结构形成期间添加炭或炭前驱体,虽然单位体积的蜂窝结构含炭量较高,但其机械性能差,一旦结构被损害,重建反应器的费用昂贵。因此,确保整体式蜂窝结构的机械强度显得尤为重要。

  涂层式蜂窝结构由蜂窝结构和涂在载体上的炭层组成,这种结构使其单位体积的蜂窝结构含炭量比整体结构要低,但机械特性强。对涂层蜂窝结构来说,其主要缺点是涂层成片脱落,因为涂层成片脱落会造成活性炭材料减少且对上流式装置有害;因此,能否使涂层牢固地粘附在块状结构上是防止涂层成片脱落的关键。

  通常的蜂窝活性炭主要有圆柱形、椭圆柱形和长方体三种外形,它们含有正方形、圆形、六边形或三角形的通道,具有较大的比表面积和丰富的微孔结构,蜂窝结构内部具有平行的直通通道,其直通孔道具有的大小和表面特性使其动量、质量和热量的传递特性在各个通道内完全一致,这就避免了固定床中颗粒催化剂随意性堆积而造成流体不均匀和产生热点现象的可能性。

  蜂窝活性炭结构主要有三个几何特征参数:通道或腔胞的形状、通道的尺寸以及壁厚。其他特征参数,如:胞密度(单位表面积的胞个数)、几何表面积和孔隙率,都可由前面三个参数计算得到。典型的通道尺寸为0.8-2mm,壁厚为70-250μm。

  蜂窝活性炭作为一种新型活性炭产品,经过几十年的发展,从强度、形状以及成本等方面都有了很大地改进。蜂窝活性炭将活性炭和蜂窝状结构各自的特点整合于一体,使其在气体净化、储存以及催化载体等领域有着巨大的应用前景。但是目前国外对蜂窝活性炭的研究比较多,而国内相对较少,随着人们对其结构和性能不断深入的认识和研究,蜂窝活性炭将会得到更加广泛的应用。

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