摘要：采用椰殼為原料，水蒸氣為活化介質制備活性炭，用于多晶硅生產尾氣回收凈化。檢測丁烷吸附性能間接反映氯硅烷吸附特性。結果發現，微孔率與丁烷吸附性能沒有明顯關系，椰殼活性炭孔徑均勻分布利于丁烷吸附，丁烷工作容量較佳吸附孔徑為1.1~5.76nm。比表面積和碘值對丁烷吸附有重要影響，丁烷工作容量和活性變化趨勢基本相同。
多晶硅還原爐尾氣中含有大量未反應的原料三氯氫硅和氫氣，對其進行回收利用是降低多晶硅生產成本的主要措施之一。尾氣回收系統中分離出來的氫氣中含有微量的氯化氫、氯硅烷等通過活性炭吸附塔吸附，氯化氫、氯硅烷等大分子物質首先被吸附，從而凈化氫氣，氫氣回到還原爐再次使用。由于多晶硅產品對金屬雜質及硼、磷含量要求低，煤基活性炭無法滿足潔凈要求，行業內主要采用椰殼活性炭。
1、椰殼活性炭的制取
原料采用東南亞椰殼，采用破碎機將椰殼破碎到一定規格，作為制備活性炭的原料。椰殼的工業分析見表1所示。
表1 椰殼的工業分析/%
| Mad | Ad | Vdaf | FCdaf |
| 5.08 | 2.51 | 12.26 | 87.74 |
取椰殼置于加熱爐中，從室溫升至特定溫度，恒溫進行炭化。達到炭化時間后，通入定量水蒸氣作為活化劑在管式爐中進行活化。改變活化溫度及活化時間，制取5種產品。
2、結果及分析
2.1椰殼活性炭孔隙結構
椰殼活性炭的氮氣吸脫附分離曲線見圖1所示。5種椰殼活性炭的吸附類型均為I型。I型等溫線反映了椰殼活性炭含有大量的微孔結構，吸附過程中發生了微孔填充現象，飽和吸附值等于微孔的填充體積。
椰殼活性炭的孔徑根據QSDFT模型進行計算。椰殼活性炭的孔徑基本分布在5nm以下，椰殼活性炭C的孔徑主要分布在1.5nm以下，而且分布比較集中，其它樣品基本集中在0.5-4nm之間，分布相對比較均勻，椰殼活性炭E曲線明顯高于其它樣品，說明了椰殼活性炭E含有較大的孔容。
椰殼活性炭的性能參數見表2所示。制備出的椰殼活性炭強度均在97%以上，磷和硼元素含量低，滿足多晶硅尾氣回收系統對粉塵、雜質及壓力降要求。
表2 椰殼活性炭性能參數
| 樣品 | 強度/% | 表觀密度/g·mL-1 | 堆積密度/g·L-1 | 灰分/% | 磷/mg·kg-1 | 硼/mg·kg-1 |
| A | 99.2 | 0.404 | 403 | 2.1 | 0.025 | 9.3 |
| B | 99.4 | 0.466 | 458 | 3.5 | 0.004 | ＜5 |
| C | 99.1 | 0.467 | 464 | 2.7 | 0.014 | ＜5 |
| D | 97.4 | 0.370 | 358 | 2.6 | 0.019 | 6.2 |
| E | 97.2 | 0.418 | 418 | 3.3 | 0.017 | 6.4 |
2.2椰殼活性炭孔隙結構與丁烷吸附性能
孔徑分布測量顯示椰殼活性炭C孔徑主要是微孔（<2nm），微孔率達到了99.7%。其它椰殼活性炭的孔徑分布比較均勻，含有部分介孔（2~50nm）�；钚蕴緾微孔率較高，但BWCV和BAm較低分別只有4.6g/100mL和20.9%，說明了微孔含量越高，丁烷工作性能不一定越大。椰殼活性炭在孔徑1.1~5.76nm之間孔容含量大小順序為：E>D>B>A>C，BWCV大小順序為：E>B>D>A>C，說明了BWCV吸附較佳孔徑區間為1.1~5.76nm。
2.3比表面積與丁烷吸附性能
椰殼活性炭的比表面積影響丁烷工作容量，活性炭比表面積與丁烷吸附性能的關系如圖2所示。隨著椰殼活性炭比表面積的增加，活性BWCV和BAm逐漸加大，當比表面積為1220m2/g時，BWCV和BAm達到較大值，分別為6.2g/100mL和26.9%。繼續加大活性炭比表面積，BWCV和BAm開始減小，說明了椰殼活性炭丁烷吸附性能與活性炭比表面積并不是正相關，而比表面積又主要是由微孔提供的，說明了在丁烷吸附過程中并不是微孔越發達越好。
2.4碘值與丁烷吸附性能
椰殼活性炭碘值與丁烷吸附性能如圖3所示。BWCV和BAm隨著椰殼活性炭碘值的增加，兩者變化趨勢基本相同�；钚蕴康庵翟黾�，BWCV和BAm變大，并在碘值為1128mg/g達到較大值。碘值繼續加大，丁烷吸附性能呈現出先減小后加大的變化趨勢。此外，椰殼活性炭碘值與丁烷吸附性能不具有明顯的線性關系，椰殼活性炭碘值不能成為衡量活性炭吸附丁烷性能的標準。
3、結語
本文采用椰殼為原料制備活性炭用于多晶硅還原爐尾氣回收凈化，并檢測丁烷吸附性能為依據得出主要結論如下：
丁烷吸附性能受活性炭孔隙結構影響，微孔率太高不利于丁烷的吸附，BWCV的較佳吸附孔徑為0.79~2.84nm之間。
丁烷吸附性能受到活性炭比表面積和碘值的影響，并且丁烷BWCV和BAm受活性炭比表面積和碘值影響變化趨勢基本相同。此外，不能用碘值和比表面積的大小作為活性炭丁烷吸附性能的指標。