活性炭综述

luyafei414

活性炭综述
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简介, ?' f1 o9 w+ C6 J% s
活性炭是一种多孔的含碳性物质，包含有发达的孔隙结构，是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。广泛应用于水处理、气体的分离精制、冰箱的除臭、金属的提取、军事防护和环境保护等各个领域。

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物理特性
活性炭是一种多孔径的炭化物，有极丰富的孔隙构造，具有良好的吸附特性，它的吸附作用藉物理及化学的吸咐力而成的,其外观色泽呈黑色。其成份除了主要的炭以外，还包含了少量的氢、氮、氧，其结构则外形似以一个六边形，由于不规则的六边形结构，确定了其多体枳及高表面积的特点，每克的活性炭所具的有比表面相当于1000个平方米之多。
活性炭化学性质稳定，能耐酸、碱，耐高温高压， 因此适应性很广
活性炭的吸附原理是：在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内。
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制备
3.1
原料
活性炭可由许多种含炭物质制成，几乎所有含碳材料都可用来制备活性炭，这些物质包括木材、锯屑、煤、焦炭、泥煤、木质素、果核、硬果壳、蔗糖浆粕、骨、褐煤、石油残渣等。其中煤及椰子壳已成为制造活性炭最常用的原炓。
很适用于气体活化法的原料是木炭、坚果壳炭、褐煤或泥炭制得的焦炭。! n0 P  ]. f) U, j) @
3.2
制备方法
活性炭的制造基本上分为炭化和活化两过程：第一过程，炭化，将原料加热，在170至600℃ 的温度下干燥，并使原有的有机物大约80％炭化。第二过程是使炭化物活化，将第一步已炭化好的炭化料送入反应炉中，与活化剂和水蒸气反应，完成其活化过程，制成成品。在吸热反应过程中，主要产生CO及H2组合气体，用以将炭化料加热至适当温度（800至1000℃），除去其中所有可分解的物质，产生丰富的孔隙结构及巨大的比表面积，使活性炭具有很强的吸附能力。活性炭的制备方法主要分为两大类：物理法和化学法。4 r! S9 E6 B: s6 Y: g" x
3.2.1( H+ q8 r9 ?1 k
物理法：* k3 N- o! {6 P1 A4 O0 T( s
首先对原料进行炭化，即含碳有机物在热的作用下发生分解，非碳元素以挥发分的形式逸出，生成富碳的固体热解产物，然后用水蒸气、二氧化碳或空气等氧化性气体活化，使热解产物形成发达的微孔结构。
优点：物理活化对环境污染小1 G$ g5 I; A3 `$ l) C
缺点：因其是依靠氧化碳原子形成孔隙结构，故活性炭的收率不高，且活化温度较高，需先进行炭化再活化。( w. O  i/ ~$ ?* y
3.2.2# s; A9 V" ]5 B/ N2 X
化学法：
先用氯化锌、磷酸、硫酸等化学试剂浸渍含碳的原料，然后在一定温度，惰性气体保护下直接得到活性炭1 P6 [8 f  ^  h. b; V2 g- X( x
优点：化学活化法是炭化活化一次完成，有利于形成尺寸较小的碳微晶，容易形成细的孔隙结构，可以制造出孔隙更发达、吸附性能更好的活性炭，炭的相对得率较高。
缺点：化学活化对设备腐蚀性大，污染环境，其制得的活性炭中残留化学药品活化剂，应用方面受到限制。
3.3
活化：, V8 X% Z8 d/ H4 S! q
制造活性炭的关键工艺是活化，可以通过一些物理、化学处理来改变其表面的微孔结构，如孔径、孔容的大小等，或改变活性炭的表面酸、碱性，在炭表面引人或去除某些官能团，使活性炭具有某种特殊的吸附性能和催化特性。
由于所用活化剂的不同，可分为两类方法：3 F8 H8 L8 m0 ?$ k: S% t  O7 @
(1) 用氯化锌或磷酸等化学品为活化剂的化学品活化法；7 Q- R' M2 T7 S
(2) 用水蒸气或二氧化碳等为活化剂的气体活化法。7 u- d; L2 [, ]8 W! J
前者称为化学活化法，后者称为物理活化法。其实两类活化过程都各自质的变化，都是化学变化的过程。
3.4
后处理
去杂：活化时加过催化剂如氯化锌、磷酸、碳酸钾的活性炭常用酸洗或用水洗处理，以减少各种化合物含量。8 m  g) S# m9 Z9 Y0 `
低灰分活性炭可用水、盐酸或硝酸洗涤，去除一些杂质。用于精细化学品、药物、催化剂、催化剂载体的活性炭，需要特殊的充分洗涤。
浸渍：活性炭的浸渍是针对特定用途的一种后处理。

4
再生! o- R/ k7 m# x9 R2 ~/ v
所谓再生是指活性炭几乎完全丧失吸附能力，用特殊的方法(物理的或化学的)，将吸附在活性炭上的污染物从细孔中去除，而且尽量不破坏活性炭本身的结构，恢复其吸附性能，达到重新使用的目的。只有再生和重复使用才能使活性炭富有水处理的经济价值。
活性炭再生方法主要有以下几大类：加热再生法、药剂再生法、生物再生法、化学再生法、湿式氧化再生法等
粒状活性炭吸附容量耗尽后再生，常用的方法是加热法，废炭烘干后在850°C左右的再生炉内焙烧。颗粒活性炭每次再生约损耗5～10％，且吸附容量逐次减少。再生效率对活性炭滤池的运行费用（也就是对水处理成本）影响极大。

5
应用) ?* L' I1 i" o6 F3 o6 ~' B
根据活性炭的吸附特点,活性炭主要用于除去水中的污染物、脱色、过滤净化液体、气体，还用于对空气的净化处理、废气回收（如在化工行业里对气体"苯"的回收）、贵重金属的回收及提炼（比如对黄金的吸收）。随着科学的发展，活性炭的用途也越来越广泛，随着国家对生态环境的重视，活性炭也了挥着越来越大的作用。

6
选择
活性炭是由各种富含碳的原料制造而成。因此，用不同的原料制造的活性炭必然会有不同的特性。& ?& B, O( O) Y  a
一般来说，以煤为原料制造的活性炭通常采用水蒸气或二氧化碳气体活化，产品的形状以颗粒状为主，其孔径分布以微孔居多，更适合于吸附液相和气相中分子量和分子直径较小的物质，吸附性能指标通常以亚甲蓝吸附值和碘吸附值表示；以木屑为原料制造的活性炭通常采取化学法活化，产品的形状以粉状为主，其孔径分布可通过调节化学活化剂的配比来进行控制，比较灵活，既可以制造出孔径分布以微孔居多的产品也可制造出孔径分布中孔（过渡孔）占较大比例的产品，后者则比较适合于吸附液相中分子量和分子直径较大的物质吸附性能指标以焦糖脱色率表示；以果壳类为原料制造的活性炭通常采取水蒸气和二氧化碳气体活化，产品的形状以颗粒状为主，由于其特殊材质的因素，其孔径分布介于上述两类活性炭之间，因此其应用范围更为广泛，缺点是受国内原材料的限制，成品较高。
活性炭 (activated carbon )

是一种黑色粉状，粒状或丸状的无定形具有多孔的碳，主要成分为碳，还含少量氧、氢、硫、氮、氯。也具有石墨那样的精细结构，只是晶粒较小，层层间不规则堆积。具有较大的表面积(500～1000米2/克)，有很强的吸附性能，能在它的表面上吸附气体、液体或胶态固体；对于气体、液体，吸附物质的质量可接近于活性炭本身的质量。其吸附作用具有选择性，非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中，沸点越高的物质越容易被吸附，压强越大温度越低浓度越大，吸附量越大。反之，减压，升温有利于气体的解吸。常用于气体的吸附、分离和提纯，溶剂的回收，糖液、油脂、甘油、药物的脱色剂，饮用水及冰箱的除臭剂，防毒面具中的滤毒剂，还可用作催化剂或金属盐催化剂的载体。早期生产活性炭的原料为木材、硬果壳或兽骨，后来主要采用煤，经干馏、活化处理后得到活性碳生产方法有：①蒸汽、气体活化法。利用水蒸气或二氧化碳在850～900℃将碳活化。②化学活化法。利用活化剂放出的气体，或用活化剂浸渍原料，在高温处理后都可得到活性炭。

活性炭具有微晶结构，微晶排列完全不规则，晶体中有微孔（半径小于20［埃］＝10-10米）、过渡孔（半径20～1000）、大孔（半径1000～100000），使它具有很大的内表面，比表面积为500～1700米2／克。这决定了活性炭具有良好的吸附性，可以吸附废水和废气中的金属离子、有害气体、有机污染物、色素等。工业上应用活性炭还要求机械强度大、耐磨性能好，它的结构力求稳定，吸附所需能量小，以有利于再生。活性炭用于油脂、饮料、食品、饮用水的脱色、脱味，气体分离、溶剂回收和空气调节，用作催化剂载体和防毒面具的吸附剂。


活性炭脱色效果在水中最强，有机溶剂中较弱。一般加0.1—3％（W／V），搅拌30～60分钟，活性炭的粒度对脱色时间有影响，而且不同生产厂家，不同加工方法生产的活性炭，脱色效果相差很大。脱色温度和PH要根据你产物的性质，通过试验确定了。


（1）活性碳一般使用温度是75-80度比较好；（2）活性炭脱色效果在水中最强，在强极溶剂中使用效果也不错，在非极性溶剂中效果较差；（3）一般情况下，在pH3-6条件下使用较好；（4）一般情况下，加入量为千分之一至三（or5)；（5）脱色时间一般为30-60min；（6）活性碳的种类型号很多，比如糖用碳，油用碳等，要选择一种适合你使用的活性碳。

注意事项：
（1）切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，那样会有暴沸的危险。
（2）用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入，因为有色杂质虽可溶于沸腾的溶剂中，但当冷却析出结晶体时，部分杂质又会被结晶吸附，使得产物带色，所以用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入

ginbh121

不错，很好。