味精精制用煤质粉状活性炭工艺研究

摘要：以煤为原料，采用不同的炭化工艺和不同的活化方法制备活性炭，经过不同条件的后处理，研制成煤质味精精制用粉状活性炭。经山东菱花味精厂现场化验分析，并与本厂使用的木质粉状活性炭进行对比试验，煤质味精精制用粉状活性炭，碘吸附值1057mg/g，亚甲基蓝吸附值235.3mg/g，灰分1.36%，铁盐0.02%，味精脱色率16.8%，焦糖脱色率97.4%，是一种很好的味精精制用的煤质粉状脱色活性炭。

关于煤质粉状活性炭的开发研究，对很多人来说是不以为然的，认为煤质粉状活性炭不就是将筛余炭或其它活性炭经过磨粉就可以获得煤质粉状活性炭。其实不然，这样的煤质粉状活性炭，灰分很高，质量较差，只能用作污水净化。在饮料、食品制作行业，如制酒、制糖、味精、制药行业等是找不到用途的。而这些行业都是采用木质粉状活性炭。而木质粉状活性炭和煤质粒状活性炭一样，也有很多品种，如：工业用粉状活性炭、味精脱色用粉状活性炭、糖用脱色粉状活性炭、药用粉状活性炭、针剂用粉状活性炭、大容量电容器用炭及燃料电池用活性炭等。因此，若将煤质粉状活性炭应用到食品、味精、制糖等行业，就应该按木质粉状活性炭的国家标准中各项技术指标要求来研究制造煤质粉状活性炭。

若照这样要求，要做的研究工作是很多的。首先是原煤的选择研究，其次是炭化活化的工艺及工艺参数的选择研究：特别是后处理的研究。由于煤质活性炭中的灰分不但比木质活性炭中的灰分含量高得多，而且绝大部分都是矿物质灰分，比起木质活性炭的碱性灰分处理难得多，如镉、铬、铁、氯、硫、砷等元素。绝对不能用研究煤质颗粒活性炭的概念来完全代替煤质粉状活性炭研究的概念，需要建立煤质粉状活性炭研究的一整套的研究方法和新的工艺，只有这样才能在煤质粉状活性炭的开发中取得更大的成绩，才能建立起煤质粉状活性炭的研究空间，更好的去占领粉状活性炭的市场。

近年来，由于人们对环境保护的意识不断提高，对生活质量和自然环境要求愈来愈高，所以用于环境保护方面的活性炭量也越来越多。以木材为原料的木质活性炭生产企业，由于受到国家封山育林政策的制约，原材料来源日渐受限，而多数企业规模较小，生产设备简陋，对周边地区造成严重的空气污染和水污染。因环境不达标被关闭的企业彼彼皆是。从目前活性炭市场情况分析，粉状活性炭需求量在不断提升，仅以国内需求量为例，年需求量约为10万吨。而我国目前粉状活性炭的年产量约为7-8万吨，远远满足不了国民经济发展的需求。因此，开发研制生产煤质味精脱色用粉状活性炭是我们急待解决的任务之一。

1、原材料来源、性能及选择

以煤为原料制造味精脱色用粉状活性炭，资源丰富，来源广泛。现仅选用以下6种不同煤质为原料，进行研制味精脱色用粉状活性炭。6种原材料性能分析下表1。

表1 6种不同煤质原材料成分分析

众所周知：原料的选择在活性炭制造过程中是影响活性炭质量优劣的关键，它和制造工艺相比是主要因素，但是原料经过选择确定后对工艺研究也就显得十分必要，所以说原料的选择和制造工艺研究是非常重要的，其工艺流程如下。

表2 6种原煤制得的活性炭的吸附性能

从表2看出：1）山西大同煤质味精精制用粉状活性炭其碘吸附值、亚甲基蓝吸附值等都达到技术指标要求，经后处理的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值都有增高趋势；2）其它地区煤虽有制造味精精制用粉状活性炭的可能性，但经后处理后其吸附性能有下降趋势。因此，大同煤是味精精制用粉状活性炭的较佳原材料之一。

2、大同煤制味精精制用粉状活性炭的炭化工艺条件选择

2.1 炭化工艺的选择

根据以上对原材料的选择试验结果，确定以大同煤为原料试制味精精制用粉状活性炭。

根据多年对煤质活性炭的研究经验证明：炭化工艺条件是影响活性炭质量优劣的主要因素，其中有炭化温度、炭化时间、炭化升温速度、炭化通空气量等。为了寻找较佳炭化工艺条件，我们选择如下7种不同炭化工艺条件进行探索试验，7种炭化工艺流程如下，试验结果见表3和图1。

表3 大同煤7种类工艺条件下所得活性炭的性能

由表3可知：1）炭化工艺条件不同，所得结果不同，以第7种炭化工艺条件为较佳，所得的活性炭性能较好；2）在以后的研究中，我们都采用第7种炭化工艺条件进行炭化。

2.2 活化工艺的选择

炭化工艺条件确定后，进行活化工艺条件研究是关系到活性炭性能优劣的关键。根据对煤质活性炭多年研究的经验证明：影响活性炭活化性能的因素有：活化温度、活化时间、水蒸气量、活化烧失率等。在这些因素中活化烧失率是主要影响因素，所以我们对其它影响因素没有作更多的研究，只对不同烧失率作了较为详细的探索，试验结果见表4。

表4 大同煤制活性炭烧失率对活性炭性能的影响

由试验结果看出：1）在没有做后处理的条件下，活化烧失率控制在60%-65%之间。活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值均达到味精精制用粉状活性炭指标要求；2）以后的工作重点就是进行后处理降低活性炭的灰分含量和铁含量。

在后处理试验过程中，我们做了如下几项试验研究工作：1）不同酸浓度选择试验；2）不同碱浓度选择试验；3）不同水洗温度选择试验；4）不同煮沸时间选择试验；5）不同用水量试验；6）不同除铁剂用量选择试验。

通过上述试验选出较佳工艺条件如下：1）酸浓度为3%-5%；2）碱浓度为10%-20%；3）水洗温度为95-120℃；4）煮沸时间为2h；5）用水量为炭量的50-70倍；6）除铁剂用量为炭量的0.2%-0.4%。

综合，上述各项较佳条件对大同煤质粉状活性炭进行后处理，大同煤质粉状活性炭后处理后的性能为：碘吸附值1057.8mg/g，亚甲基蓝吸附值235.3mg/g，灰分1.36%，铁盐含量0.02%，味精脱色率16.8%，透光率63%，焦糖脱色率97.40%。

铁盐含量、味精脱色率、透光率均在山东菱花味精厂质量检验处化验室进行化验。

3、结论

大同煤通过炭化活化、后处理的工艺条件选择，在较佳条件下，制得的味精精制用活性炭完全能够符合国标GB/T 13803-1-1999中所规定的味精用活性炭的各项指标。