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Phosphoric acid chemical process activated carbon making machine
La méthode chimique est une méthode courante de production de charbon actif, qui a un effet d'activation élevé et un faible coût de production. L'acide phosphorique, en tant qu'activateur chimique, joue un rôle clé dans la production de charbon actif, qui peut améliorer de manière significative la structure des pores et la surface du charbon, améliorant ainsi sa performance d'adsorption.
La matière première est broyée en sciure de bois ≤ 4mm. Elle entre ensuite dans le séchoir pour sécher l'humidité jusqu'à 10-15%. La sciure séchée est criblée pour éliminer les particules > 4 mm.
La matière première et l'acide phosphorique sont mélangés et agités dans le rapport spécifié. La sciure a une grande surface spécifique et peut être humidifiée en peu de temps.
Le matériau mélangé est envoyé dans le four d'activation. Le matériau passe par les étapes suivantes.
Phase à basse température (100-200°C) : déshydratation de l'acide phosphorique et carbonisation initiale de la matière première.
Étape à haute température (400-600°C, généralement 450-550°C) : l'acide phosphorique catalyse la réaction d'oxydation pour former des structures microporeuses et mésoporeuses. Après l'activation, le charbon actif entre dans le réservoir de lavage pour être lavé à l'eau afin de nettoyer l'acide phosphorique présent dans le charbon actif.
L'acide phosphorique subit les modifications suivantes tout au long du processus :
Phase à basse température (100-200°C) : déshydratation et estérification Changements physiques :
L'acide phosphorique liquide (H₃ PO₄) pénètre dans la matière première (comme la sciure) et se répartit uniformément par capillarité.
L'eau s'évapore progressivement, la concentration d'acide phosphorique augmente et un film liquide visqueux se forme pour envelopper les fibres de cellulose.
Changements chimiques :
Réaction de déshydratation : L'acide phosphorique libère du H⁺ qui réagit avec le groupe hydroxyle (-OH) de la cellulose pour former un ester phosphate (cellulose-OPO₃ H₂).
et élimine l'eau :
Cellulose-OH + H₃ PO₄ → Cellulose-OPO₃ H₂ + H₂O Cellulose-OH + H₃ PO₄ → Cellulose-OPO₃ H₂ + H₂
Formation de liaisons ester : détruit la structure cristalline de la cellulose, ce qui facilite sa pyrolyse, et fixe le squelette de carbone par réticulation pour éviter un rétrécissement excessif.
Phase à température moyenne (200-400°C) : décomposition et réticulation Modifications physiques : L'acide phosphorique est partiellement déshydraté pour former des acides condensés tels que l'acide pyrophosphorique (H₄ P₂O₇) et l'acide polyphosphorique (H₅ P₃O1₀). Les matières premières commencent à se carboniser et les matières organiques volatiles (comme le goudron) sont inhibées par l'acide phosphorique, ce qui réduit l'obstruction des pores. Changements chimiques : Craquage catalysé par l'acide : L'acide phosphorique accélère la pyrolyse de la cellulose et de la lignine, générant du CO, du CO₂ et de petites matières organiques moléculaires pour former les pores initiaux. Stabilité de la réticulation : L'acide phosphorique forme des liaisons P-O-C avec le squelette de carbone, renforçant la résistance mécanique de la structure de carbone et empêchant l'effondrement des pores à haute température. 3. Phase d'activation à haute température (400-600°C) : oxydation et formation de pores Changements physiques : L'acide phosphorique est ensuite déshydraté et partiellement converti en acide métaphosphorique (HPO₃) et en oxydes de phosphore (tels que P₂O₅). Le squelette de carbone est attaqué par l'acide phosphorique et un grand nombre de micropores et de structures mésoporeuses sont générés.
Changements chimiques :
Réaction d'oxydation : L'acide phosphorique agit comme un oxydant qui favorise l'oxydation du carbone pour générer du CO₂ et dilater les pores :
C + H₃ PO₄ → CO₂↑ + H₂O + phosphate C + H₃ PO₄ → CO₂↑ + H₂O + phosphate
Effet de gabarit : L'acide phosphorique et ses produits de condensation occupent l'espace pendant le processus de carbonisation, laissant des pores après le lavage (similaire au "gabarit sacrificiel").
Étape de refroidissement et de lavage : résidus et récupération Résidu d'acide phosphorique :
L'acide phosphorique non décomposé reste dans les pores du charbon actif sous forme de H₃ PO₄ ou de phosphate (tel que K₃ PO₄, Na₃PO₄).
Récupération d'acide :
L'acide phosphorique est récupéré par lavage à l'eau (le taux de récupération peut atteindre plus de 80%).
1.The Principle of Phosphoric Acid in Activated Carbon Preparation:
01.Catalytic Hydrolysis and Dehydration
Phosphoric acid catalyzes the hydrolysis of polysaccharides (such as cellulose and hemicellulose) in biomass precursors (such as wood, plant fiber, and sludge) into oligosaccharides or monosaccharides.
At the same time, phosphoric acid catalyzes the dehydration of oligosaccharides and their degradation products, promoting aromatization and forming a graphite-like microcrystalline structure, which is the basis for the high specific surface area and excellent adsorption properties of activated carbon.
Cross-linking Reaction and Pore Formation
Phosphoric acid forms a stable carbon skeleton by cross-linking with biopolymers. It also creates pores through chemical etching and space-filling during the activation process. After removal of the phosphoric acid, the etched channels and the spaces occupied by the phosphoric acid are converted into pores, thereby increasing the specific surface area and pore volume of the activated carbon.
02.Inhibiting Tar Formation
During the carbonization process, phosphoric acid catalyzes the cleavage of macromolecular bonds, reducing tar formation through cyclization and polycondensation reactions. This helps increase the carbon yield of activated carbon and improve its pore structure.
Effect of Phosphoric Acid on the Pore Size Distribution of Activated Carbon
Pore Size: Phosphoric acid activation tends to form micropores smaller than 2 nanometers, endowing the activated carbon with excellent adsorption properties.
Pore Size Distribution: Higher concentrations of phosphoric acid tend to form more micropores, while lower concentrations or mixed activators may produce a wider pore 03.size distribution.
Porosity: Phosphoric acid activation can significantly increase the porosity of activated carbon and its specific surface area, facilitating its application in adsorption, catalysis, and other fields.
2.Applications of Phosphoric Acid-Activated Activated Carbon:
01.Water Treatment: Activated carbon activated with phosphoric acid can be used to remove organic matter, heavy metal ions, and odors from water, improving water quality.
02.Gas Purification: In the gas purification field, activated carbon activated with phosphoric acid can be used to adsorb harmful gases such as sulfur dioxide and nitrogen oxides, reducing air pollution.
03.Food Decolorization: Activated carbon activated with phosphoric acid can be used in the food industry for decolorization and purification, improving food quality and safety.
Phosphoric acid activated carbon rotary kiln parameter
| Item | Modèle | Capacité | Size |
| Rotary activationFurnace(internal heat type） | Φ1.5m×12m | 1-2t/d | 16000*2300*4000mm |
| Φ1.5m×15m | 2-3t/d | 20000*2700*4500mm | |
| Φ2.0m×18m | 4-5t/d | 22000*3000*4500mm | |
| Φ2.6m×20m | 5-8t/d | 26000*3600*5000mm |
FAQ
Frequently asked questions about chemical production of activated carbon
What are the advantages of chemical activation？
- Rendement élevé en carbone, le rapport entre les matières premières et les produits de charbon actif peut atteindre 2,5-3,5:1.
- Haute qualité des produits finis, faible teneur en cendres
Why should the raw materials be dried before adding chemicals？
- L'imprégnation à sec ne nécessitant qu'un mélange et une agitation, elle convient à la production en continu.
- L'imprégnation humide dure de 2 à 4 heures.
Why choose phosphoric acid to impregnate sawdust raw materials？
- Mild process conditions and low energy consumption.
- Activation à basse température : la température d'activation est généralement comprise entre 400 et 600 °C, ce qui est nettement inférieur à la méthode d'activation physique (800-1000 °C) et permet de réduire considérablement la consommation d'énergie.
- Aucune précarbonisation n'est nécessaire, l'activation chimique et la carbonisation sont réalisées en une seule étape, ce qui simplifie le processus et raccourcit le cycle de production.
