粉状木质活性炭使用质量差可能由原料性质、生产工艺、孔隙结构、表面化学性质、使用条件及再生效果等多方面因素导致,以下为详细分析:

原料性质
灰分:灰分是木质粉状活性炭全部燃烧完毕后剩余的白色或粉红色物质。秸秆、稻壳等物质所含的灰分大,且在燃烧时不易脱落,造成燃烧时温度低,不适合用于对活性炭灰分要求高的场景,会影响活性炭的用途及经济价值。通常木质粉状活性炭灰分在1 - 4%,灰分越小,其用途越广泛。
含碳量:含碳量会随原料的品种与炭化温度而发生变化。硬杂木与杨木、桐木等密度小的木料相比,在相同炭化温度下,硬杂木的含碳量更高。同一原料在高温炭化比低温炭化的含碳量高,含碳量低会影响活性炭的吸附能力。
生产工艺
炭化温度:炭化温度影响活性炭的孔隙结构和机械强度。温度过低,炭化不彻底,活性炭没有足够的机械强度;温度过高,则会使颗粒鼓泡、开裂,影响活化造孔过程和成品吸附性能。
活化温度:碳和活化剂的反应速率随温度的升高而增加,不同的活化温度生产的活性炭孔结构不同。活化温度过低,反应速率慢,活化效率低;活化温度过高,会造成不均匀活化,影响微孔发育,进而影响吸附效果。
活化剂种类和流速:不同活化剂与碳的反应速度不同,生产的活性炭性能也不相同。活化剂流速较大时,与碳反应速率提高,可能产生不均匀活化,导致微孔减少;活化剂流速小时,微孔容积增加,但会延长活化时间。
炭粒度:活化速度、活化均匀程度与炭粒的粒度相关。炭粒度较大时,会造成颗粒内外不均匀活化;炭粒度过小时,活化剂流动阻力增大,导致不能均匀通过,也难以达到均匀活化的目的。
孔隙结构
孔道结构:活性炭含有大量的孔道结构,包括大孔、介孔和微孔。通常情况下吸附质分子的尺寸均小于介孔尺寸,多数吸附作用均发生在微孔结构中。微孔结构可以增加活性炭的比表面积,提高吸附效果,活性炭的微孔数量通常可以决定活性炭的吸附量。但微孔结构极少直接与表面连接,通常由大孔、介孔结构向微孔结构过渡,吸附质分子进入微孔进行吸附作用,必然以大孔、介孔的过渡作用来作为吸附的基础。
孔隙分布:活性炭的孔隙分布情况也会影响其吸附性能。如果孔隙分布不合理,可能会导致吸附质分子难以进入某些孔隙,从而降低吸附效果。
表面化学性质
表面官能团:活性炭自身表现为非极性,然而活性炭表面存在大量的官能团结构,可以增加活性炭整体的极性。官能团的酸碱性也会影响到活性炭表面的酸碱性。对活性炭进行改性,就是通过对活性炭表面导入酸结构、碱结构、极性结构等,改变原有表面结构使其具有更好的吸附性能。如果表面官能团的性质不利于吸附目标物质,就会影响活性炭的使用质量。
使用条件
温度:虽然温度对于粉状活性炭的吸附效果影响不大,但实际使用时温度过高或过低都会影响其性能。例如,在高温下,活性炭可能更容易发生热分解,降低其吸附能力;在低温下,吸附质分子的运动速度减慢,也会影响吸附效果。
接触时间:需要保证粉状活性炭与吸附物质有一定的接触时间,使吸附接近平衡,充分利用吸附能力。如果接触时间不足,吸附质分子可能没有足够的时间进入活性炭的孔隙中被吸附,导致吸附效果不佳。
废水pH值:通常粉状活性炭在酸性溶液中比碱性溶液中的吸附率要好一些,pH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响,从而影响吸附效果。例如,某些吸附质在酸性条件下可能以分子形式存在,更容易被活性炭吸附;而在碱性条件下可能以离子形式存在,吸附难度增加。
吸附质性质:吸附质的溶解度、表面自由能、极性、分子大小和不饱和度、浓度等都会影响其与活性炭的吸附作用。例如,非极性或极性很低的吸附质更容易被非极性的粉状活性炭吸附;吸附质分子尺寸过大,可能无法进入活性炭的微孔结构中,导致吸附量降低。
再生效果
活性炭的再生是直接影响到其吸附治理VOCs等应用的关键。提高活性炭的再生效果,延长活性炭的使用寿命,是研究活性炭吸附技术的主要内容。如果再生效果不佳,活性炭的吸附容量会逐渐降低,导致使用质量变差。例如,对废粉末状活性炭进行热解再生,在650℃条件下再生2h,其对磷酸根离子的吸附容量恢复77.64%,但如果再生条件不合适,恢复程度可能更低。