摘要：活性炭粉是一种具有高度发达孔隙结构和巨大比表面积的功能性碳材料，广泛应用于空气净化、水处理、溶剂回收、食品脱色、电池材料和化工催化等多个领域。近年来，随着应用场景向高端化和功能化发展，对活性炭粉物理结构和化学性能的要求不断提高。性能参数如比表面积、孔径分布、粒

活性炭粉是一种具有高度发达孔隙结构和巨大比表面积的功能性碳材料，广泛应用于空气净化、水处理、溶剂回收、食品脱色、电池材料和化工催化等多个领域。近年来，随着应用场景向高端化和功能化发展，对活性炭粉物理结构和化学性能的要求不断提高。性能参数如比表面积、孔径分布、粒径组成和表面官能团含量等，直接决定其吸附容量、选择性和反应活性。

然而，在工业化大规模生产过程中，活性炭粉的这些关键参数极易受到原料差异、工艺波动和活化不均的影响。因此，对其精确、高效、可重复测量与质量控制变得尤为重要。本文在全面分析活性炭粉制作工艺的基础上，深入探讨实际生产中常见的测量难题，并介绍当前主流测量仪器与其适用性、局限性，提出系统性解决思路。

一、活性炭粉的生产制作流程详解

1、原料选择与预处理

原料是影响最终活性炭性能的根本因素。活性炭粉常用的原料包括：

天然生物质原料：如椰壳、木屑、果壳、稻壳等，优势在于结构致密，含灰低；

煤系原料：褐煤、烟煤、无烟煤等，炭含量高，结构稳定；

合成有机聚合物：如聚丙烯腈、酚醛树脂，适用于制备高比表面积炭材料。

预处理步骤：

破碎与粉碎：将原料粉碎至适宜粒度（1~10 mm）；

筛分分级：确保粒度均匀；

干燥：去除自由水，控制含水率≤10%，防止炭化过程炸裂。

2、炭化过程

炭化是通过加热使原料在无氧（或惰性气氛）中热解为碳骨架的过程。

温度控制：常见炭化温度为450–700℃；

升温程序：通常分阶段升温（干燥→热解→碳化）；

气氛控制：通入N₂或Ar以防氧化；

关键设备：回转式炭化炉、管式炉、卧式炭化炉。

炭化产品称为“半焦”或“炭基体”，初具孔隙结构但比表面积较低。

3、活化处理

活化是赋予炭粉高比表面积和发达孔结构的核心工艺。分为两大类：

（1）物理活化法：

活化剂：水蒸气、CO₂

温度：800–1000℃，促使碳骨架内碳原子与活化气体发生气化反应（如C + H₂O → CO + H₂）

优点：过程环保，无需后处理；

缺点：耗能高，孔结构可控性较弱。

（2）化学活化法：

常用试剂：

KOH：易生成大量微孔；

ZnCl₂：适合制备介孔炭；

H₃PO₄：兼具脱水和孔隙模板作用。

工艺流程：原料与活化剂混合→干燥→热处理（400–700℃）→水洗去除残渣。

优点：孔隙可控性强，适合高比表面积炭；

缺点：需酸碱洗，存在环保处理压力。

4、粉碎与分级

粉碎与分级是活性炭粉生产过程中至关重要的步骤，决定了最终产品的粒度分布和流动性。为了确保颗粒的均匀性，并避免过度粉碎或团聚现象，需要精确控制每个环节中的粉体输送与料位。此时，音叉料位开关和振棒料位开关的应用显得尤为重要。

1）粉碎设备

粉碎设备通常采用气流粉碎机、振动磨、球磨机等。在这些设备中，原料被高速撞击或剪切，粉碎至所需粒度。控制粉碎过程中原料的供应量和粉碎效率是保证最终产品质量的关键。

气流粉碎机：无污染、适合高纯应用；

球磨机或振动磨：粒径分布更集中；

气流分级机：可实现高精度粒径分级。

2）分级设备

分级设备的主要作用是对粉碎后的活性炭粉进行粒径分级，通常采用气流分级机、振动筛、旋风分离器等。分级过程确保了不同粒径的炭粉能够满足不同应用需求，如电池材料通常要求较细的粒径（D50

3）料位控制的必要性

在粉碎与分级的过程中，料位的精准控制至关重要。如果料位过高或过低，都可能引起以下问题：

料仓溢料：造成物料外泄，浪费原料，影响生产安全。

料仓空缺：导致粉碎或分级过程的停滞，影响生产效率。

设备堵塞：如料位过低，容易导致设备无法正常进料，甚至造成设备卡死。

为了确保粉体的稳定供给与均匀分布，料位监测成为了一项非常重要的工艺控制措施。

4）音叉料位开关

音叉料位开关是一种广泛应用于粉体工业中的料位检测设备，其工作原理基于振动原理。音叉料位开关通过一个安装在料仓或料斗中的音叉来检测物料的高度。当物料触碰到音叉时，音叉的振动频率发生变化，这一变化会被传感器捕捉并转化为电信号，从而指示料位的变化。

稳定性强：适合粉体、颗粒或液体的料位监测；

无移动部件：减少了设备磨损，使用寿命长；

耐高温、耐腐蚀：可以在恶劣环境下稳定工作；

无需校准：即使在粉体或颗粒物料的多变环境中，音叉料位开关依然能稳定工作。

应用：在活性炭粉生产过程中，音叉料位开关通常安装在粉碎设备料仓、分级机进料口和分级器下方等关键位置。通过实时监控料位，确保粉碎和分级过程的原料供给稳定，避免堵塞或空仓。

5）振棒料位开关

振棒料位开关与音叉料位开关类似，都是通过物料接触到传感器表面而改变振动频率来检测料位。与音叉式开关不同，振棒料位开关采用的是振动棒结构，在料仓或输送管道中，当物料覆盖振棒时，振棒的振动会被阻碍，进而触发开关。

高灵敏度：能够快速响应料位变化，适用于颗粒状物料的快速监测；

结构简单：安装和维护都较为方便；

适应性强：特别适用于密集颗粒或粉体的检测，避免了物料的积聚。

应用：在活性炭粉的生产线上，振棒料位开关通常用于粉碎机的进料口、振动筛上料口、气流分级机的排料口等，通过监测物料的进料和排料情况，保证生产流程的连续性和稳定性。

7、包装与储存

活性炭粉的包装与储存主要目的是防止受潮、污染以及外部物质的吸附影响。包装材料需确保气密性、阻水性、抗压性，且包装方式应方便运输与分发。

二、测量难题分析

在活性炭粉的生产过程中，精确的测量与监控至关重要。常见的测量难题包括：

粒度分布：活性炭粉的粒度分布直接影响其性能，如孔隙结构的均匀性、比表面积等。粒度分析设备（如激光粒度仪、干法筛分机等）需要精度较高，但受到粉末颗粒形状、湿度和静电的影响。

比表面积与孔容：比表面积的测量通常采用氮气吸附法（BET），但样品预处理、温度控制等因素可能影响测量结果的准确性。

水分含量：水分含量直接影响活性炭粉的吸附性能与储存稳定性，采用烘箱法或卡尔费休法（Karl Fischer titration）进行测量，操作繁琐且受外界环境的干扰较大。

料位与物料流动性：如前所述，音叉料位开关与振棒料位开关能够有效监控物料流动与供应，避免设备堵塞和生产过程中的不稳定因素。

三、总结

活性炭粉的生产工艺需要精细化的过程控制和精准的测量手段，尤其是在原料选择、炭化与活化、粉碎与分级等环节。音叉料位开关和振棒料位开关等智能测量仪器的引入，有效提高了生产过程中的料位监控，避免了物料流动不畅、设备故障等问题，确保了生产的连续性与产品质量的一致性。通过合理选择和优化测量方法，可以有效应对生产中的各种技术难题，进一步提升活性炭粉的生产效率与性能稳定性。

来源：聪明团团妈妈