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(yàn)分析，并與本廠使用的木質(zhì)粉狀活性炭進(jìn)行對比試驗(yàn)，煤質(zhì)味精精制用粉狀活性炭，碘吸附值1057mg/g，亞甲基藍(lán)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(rèn)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(shí)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(yīng)用到食品、味精、制糖等行業(yè)，就應(yīng)該按木質(zhì)粉狀活性炭的國家標(biāo)準(zhǔn)中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)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)顆粒活性炭的概念來完全代替煤質(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(hù)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(hù)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(shè)備簡陋，對周邊地區(qū)造成嚴(yán)重的空氣污染和水污染。因環(huán)境不達(dá)標(biāo)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(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國民經(jīng)濟(jì)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(wù)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。現(xiàn)僅選用以下6種不同煤質(zhì)為原料，進(jìn)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(lán)吸附值（mg/g） | 灰分（%） | 鐵含量（%） | 碘吸附值（mg/g） | 亞甲基藍(lán)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(lán)吸附值等都達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，經(jīng)后處理的碘吸附值、亞甲基藍(lán)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(yàn)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(yàn)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(jìn)行探索試驗(yàn)，7種炭化工藝流程如下，試驗(yàn)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(lán)吸附值（mg/g） | 灰分（%） | 鐵含量（%） | 碘吸附值（mg/g） | 亞甲基藍(lán)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(jìn)行炭化。
2.2 活化工藝的選擇
炭化工藝條件確定后，進(jìn)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(yàn)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(xì)的探索，試驗(yàn)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(lán)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(yàn)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。活性炭的碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值均達(dá)到味精精制用粉狀活性炭指標(biāo)要求；
2)以后的工作重點(diǎn)就是進(jìn)行后處理降低活性炭的灰分含量和鐵含量。
在后處理試驗(yàn)過程中，我們做了如下幾項(xiàng)試驗(yàn)研究工作：
1 )不同酸濃度選擇試驗(yàn)；
2)不同堿濃度選擇試驗(yàn)；
3)不同水洗溫度選擇試驗(yàn)；
4)不同煮沸時間選擇試驗(yàn)；
5)不同用水量試驗(yàn)；
6)不同除鐵劑用量選擇試驗(yàn)。
通過上述試驗(yàn)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(xiàng)較佳條件對大同煤質(zhì)粉狀活性炭進(jìn)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(lán)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(yàn)處化驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)。
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(biāo)GB/T 13803-1-1999中所規(guī)定的味精用活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)。