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微波具有快速、高效、資源回收利用率高、不會(huì)造成二次污染、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此微波法制備活性炭成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)外許多研究者嘗試用微波制備活性炭并取得了可喜成績(jī),如Kasai、Takakazu[5]等將有機(jī)成型廢料用微波加熱,炭化,活化制得優(yōu)質(zhì)活性炭。彭金輝等用蠶豆稈,稻稈,黑型樹(shù)皮拷膠廢料,瓜子殼,麥秸,玉米芯,蠶豆殼,甘蔗渣,楊梅樹(shù)皮廢料,煙稈,松木屑,椰殼為原料,微波制備活性炭。樊希安等采用微波輻射竹節(jié)、椰殼、棉稈,利用磷酸、水蒸氣、氯化鋅為活化劑制得優(yōu)質(zhì)活性炭。張利波等采用微波輻射煙稈法制得了性能各異的活性炭。
（1）微波加熱的原理
微波頻率大約在300MHZ～300GHZ,即波長(zhǎng)100cm至1mm范圍內(nèi)的電磁波。微波加熱的原理基于當(dāng)微波遇到不同材料時(shí),依材料的性質(zhì)不同會(huì)發(fā)生反射、吸收、穿透現(xiàn)象,這取決于材料的介電常數(shù)、介電損耗系數(shù)、比熱、形狀和含水量等。一般來(lái)說(shuō)介質(zhì)在微波場(chǎng)中加熱有兩種機(jī)理,即離子傳導(dǎo)機(jī)理和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)理,在實(shí)際加熱中,兩種機(jī)理的微波能耗散同時(shí)存在。傳統(tǒng)加熱是由外部熱源通過(guò)熱輻射由表及里的傳導(dǎo)加熱,與之相比,微波加熱具有如下特點(diǎn):選擇性加熱,加熱速度快,熱效率高,便于控制,易于自動(dòng)化控制。
（2）微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用
微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的幾種應(yīng)用:含油污泥微波脫油技術(shù);原油淤泥微波脫油技術(shù);微波碳還原-煙氣脫硫脫硝技術(shù);微波焚燒法處理廢電路板回收貴金屬技術(shù);微波-氯化鋅法制取鋸末活性炭處理含鉻廢水;微波法制取原油泄露處理用高吸油性復(fù)合體技術(shù);防電磁波輻射污染用微波吸收劑的制取技術(shù)。
（3）微波法制備活性炭的影響因素 在活性炭的制備中,原料不同,成品功效也不同。其中椰殼活性炭是活性炭行業(yè)公認(rèn)的最好的一種活性炭,不論是吸附速度、吸附能力、強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)以及按照水處理工藝不同可選擇不同材質(zhì)的活性炭產(chǎn)品。微波法制備活性炭的影響因素有:微波功率、輻照時(shí)間、活化劑濃度、浸漬比、pH值等。
（4） 微波功率的影響
取充分浸漬濾干后污泥原料于石英管中,固定微波輻照時(shí)間4min,氯化鋅濃度35%,干污泥與氯化鋅比重1:3.0,改變微波功率,。當(dāng)功率較低時(shí),加熱溫度沒(méi)有達(dá)到炭化活化的溫度,所以此時(shí)吸附性能較差;當(dāng)功率持續(xù)增大,溫度過(guò)高時(shí),由于氯化鋅的蒸氣壓高,藥劑損失嚴(yán)重,從而實(shí)際發(fā)揮作用的氯化鋅減少反而導(dǎo)致吸附劑性能下降。
（5） 輻照時(shí)間的影響
取充分浸漬濾干后的污泥原料置于石英剝離管中,固定在微波爐腔體中,在微波功率為595W,活化劑氯化鋅的濃度為35%,干污泥與氯化鋅溶液的重量比為1:3.0的條件下,改變輻射時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,吸附劑的碘值與亞甲基藍(lán)吸附值隨微波時(shí)間的變化表現(xiàn)了相似的變化規(guī)律,分析其原因,主要是因?yàn)榛罨瘯r(shí)間長(zhǎng)短與微波活化速率快的影響,輻射時(shí)間太短炭化不充分,輻射時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致部分孔徑燒結(jié)。
（6）活化劑濃度的影響 經(jīng)不同濃度氯化鋅溶液充分浸漬濾干后的污泥原料,放入石英管中,固定在微波腔體中,在微波功率595W,輻照時(shí)間4min,干污泥與氯化鋅的中重量比為1:3.0的條件下實(shí)驗(yàn),研究不同濃度活化劑濃度對(duì)所制備含炭吸附劑的吸附性能的影響。一般來(lái)講,活化劑濃度越高,脫水縮合作用就越大,最終得到的吸附劑多孔結(jié)構(gòu)也越發(fā)達(dá),吸附性能就越好。另一方面,氯化鋅是強(qiáng)吸附物質(zhì),若濃度太高,則加強(qiáng)了物料的吸附能力,從而使活化溫度升高,使碳成分含量下降,灰分含量增加,此外氯化鋅晶體將堵塞部分大孔,在洗滌過(guò)程中得不到充分去除,從而使吸附劑的比表面積和吸附能力下降。
（7）浸漬比的影響 將不同重量的40%的氯化鋅溶液充分浸漬濾干后的污泥原料放入石英管中,固定在微波腔體中,在595W微波功率下輻照4min。干污泥與氯化鋅溶液的重量比越大,活化劑溶液可使顆粒污泥得到充分的浸潤(rùn),氯化鋅在熱解過(guò)程中的作用得到充分發(fā)揮,所得到的吸附劑性能越好。但過(guò)多的氯化鋅溶液浸漬會(huì)使熱解原料中水分的含量過(guò)高,需較長(zhǎng)升溫時(shí)間以及造成氯化鋅的浪費(fèi)。
（8）其他影響因素 在微波制備活性炭的實(shí)驗(yàn)中影響因素還有浸泡時(shí)間,一般來(lái)說(shuō)浸泡時(shí)間越久,其浸漬的程度就越充分,但時(shí)間超過(guò)一定程度,吸附效果反而下降。這是因?yàn)榻n時(shí)間和氯化鋅濃度直接影響氯化鋅在污泥上的吸著量,從而影響了產(chǎn)品的性能和得率的高低。開(kāi)始用氯化鋅溶液浸漬時(shí),原料含水率很低,使得氯化鋅溶液得以迅速把原料潤(rùn)脹,并在開(kāi)始的一段時(shí)間里,隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng),原料中氯化鋅吸著量迅速增加,但當(dāng)吸著量達(dá)到一定程度后,隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng),原料吸附氯化鋅的速度變慢。在干污泥制備活性炭中此因素影響不大,但在植物性原料制備活性炭中浸漬時(shí)間的影響效果就比較顯著。此外活化劑不同,其功效也相應(yīng)不同,張利波等采用微波輻射煙稈制得了性能各異的活性炭,所用活化劑有水蒸汽、磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀、硫酸等。
微波設(shè)備活性炭為活性炭的制備開(kāi)辟了一條新的途徑,微波法具有加熱快、熱效率高、便于控制、設(shè)備體積小、污染小等優(yōu)點(diǎn),此外制備出來(lái)的活性炭吸附性能優(yōu)良。但也有不足之處,微波泄露會(huì)對(duì)人體和周圍環(huán)境造成危害,應(yīng)合理設(shè)計(jì)微波反應(yīng)腔并考慮適當(dāng)使用微波吸收材料。微波相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究還相對(duì)缺乏,如微波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響機(jī)理、物質(zhì)在微波場(chǎng)中的升溫特性、微波場(chǎng)中的溫度分布等,只有解決了這些問(wèn)題,微波技術(shù)才可能得到大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。