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活性炭基础知识  

活性炭是一种由含 碳材料制成的外观呈黑色,内部孔隙结构发达、表面积大,吸附能力强的一类微晶质碳素材料。它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体,广泛应用于几乎所有的国民经济部门和人们的日常生活。
1. 活性炭分类-由于 原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭品种不下千 种。

1.1 按原料来源分,可 分为木质活性炭(如椰壳活性炭、杏 壳活性炭、木质粉炭等)、 矿物质原料活性炭 (各种煤和石油及其 加工产物为原料制成的活性炭)、其它原料制成的 活性炭(如废橡胶、废塑料 等制成的活性炭)。

1.2 按制造方法分,可 分为化学法活性炭 (化学炭)
将含碳原料与某些 化学药品混合后进行热处理,制取活性炭的方法叫化学法。用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭 或化学炭。
可以作为化学法的 化学药品又称作活化剂,活化剂有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等,总之许多酸、碱、盐都可以用作活化剂,主要从活性炭的性能和经济性来考虑采用何种活化剂。
一般说来,化学炭 的孔隙中次微孔、中孔(即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙)较发 达,主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相(蒸汽)吸附场合。
化学法制造活性炭 由于加入了化学药品在制造过程中应当极其重视环境保护以及产品中可能存在微量非原料带入的元素的影响问题。

1.2.2 物理法活性炭
以炭为原料用水蒸 汽、二氧化碳、空气(主要是氧)或它们的混合物(烟道气)为活化介质,在高温下(600~1000℃)进行活化制取活性炭的方法叫物理法。物理法制造的活性炭叫物理法活性炭 ,也称作物理炭。一般说来物理炭的微孔(孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙)发达 ,主要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合。

1.2.3 化学--物理法或物理   --化学法活性炭
在了解化学炭和物 理炭的同时,还应当提及化学--物理法或物理   --化学法活性炭 。选用不同的原料和采用不同的化学法与物理法的组合可以对活性炭的孔隙结构进行调控,从而制取许多性能不同的活性炭。这种化学--物理法或物理   --化学法是许多年来 及今后相当长时期内世界各国活性炭工作者非常关注的活性炭制取方法。

1.3 按外观形状分

1.3.1 粉状活性炭
一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小 于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭 或粉状炭。粉状炭在使用时有吸附速度较快,吸附能力使用充分等优点,但需专有的分离方法。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现,粉状炭的粒度有越来越细化的倾向,有的场合已达到微米甚至纳米级。

1.3.2 颗粒活性炭
通常把粒度大于 0.175mm的活性炭称作颗粒活性炭 。

颗料活性炭又分为 下列几种。

1.3.2.1 不定型颗料活性炭
不定型颗料活性炭 一般由颗料状原料经炭化、活化,然后破碎筛分至需要粒度制成,也可以用粉状活性炭 加入适当的粘结剂经适当加工而成。

1.3.2.2 园柱形活性炭
园柱形活性炭 又称柱状炭,一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭 加粘结剂挤压成型。柱状炭又有实心和中空之分,中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个有规则的小孔。

1.3.2.3 球形活性炭
球形活性炭 故名思义是园球形的活性炭,它的制取方法与柱状炭类似,但有成球过程。也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成,还可以用粉状活性炭 加粘结剂成球加工而成。球形活性炭 也有实心和空心球形活性炭 之分。

1.3.3 其它形状的活性炭
除了粉状活性炭 和颗粒活性炭 两大类外,还有其他形状的,如活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等等。

1.4 按应用场合分
前已述及活性炭广 泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的日常生活,正因为如此,按活性炭应用场合进行分类是很困难的,问题在于同一种活性炭可以应用于多种场合,而某种场合又可以用多种活性炭达到相同的目的。人们往往是由应用来获得 对活性炭的认识的,所以往往在活性炭词语前冠似×××活性炭也作为的定 俗成的活性炭的模糊分类方法。如糖用活性炭、针剂活性炭、味精活性炭、净水活性炭等等。

活性炭由于具有吸 附、催化和一定的化学反应性能,同时又具有物理、化学的相对稳定性。广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的目常生活。

3.1 活性炭在气(汽) 相吸附中的应用
活性炭在气(汽) 相吸附中的大规模应用是从第一次世界大战中的毒气防护开始的。此后,逐渐向其他领域扩展,归纳起来其主要应用如下。

3.1.1 有毒或有害气体的 防护
防毒面具、口罩和 防护服是活性炭应用的典型代表。

3.1.2 气(汽)体的净化 、精制和分离
空气净化、空气的 氮、氧吸附分离和纯化;工业氢的度压吸附分离和提纯;溶剂回收;烟气中去除二氧化硫和氮氧化合物;空调;航天和深海潜艇的工作环境的气体净化等部离不开活性炭。

3.2 活性炭在液相吸附 中的应用
活性炭最早的应用是从欧洲人精制糖液开始的。现在活性炭在液相吸附 中的应用乙遍及许多工业部门和人们的日常生活。

3.2.1 食品工业中的应用
所有甜味剂、调味 品、食用油脂、饮料都使用活性炭进行脱色精制。到目前为止,这方面的应用仍然是活性炭最广阔的市场之一,特别是正在实现工业化的我国和许多发展中国家。

3.2.2 制药工业中的应用
所有人工合面和生 物制药的原料药,尤其是西药都采用活性炭进行脱色精制。活性炭吸附的主要作用是去除杂质、提高纯度和去除致热源。这是活性炭又一广大市场之一。

3.2.3 活性炭在化学工业 和其他工业中的应用
活性炭在石化工业 中的油品精制、脱硫、脱臭、催化剂载体;无机化工中的含用和医药级制品的精制提纯;治金工业中特别是湿法冶金中的金、铂等贵金属的提取以及染织工业中的染料、媒染剂等都逐渐使用活性炭,是近几十年来活性炭新开发的 市场。

3.3 活性炭在环境保护 中的应用
活性炭的应用中, 从上世纪六、七十年代起环境保护逐渐成为活性炭最大的消费领域,包括气、液相吸附的环保用活性炭往往占发达国家总用量的60%以上。环保中的气 相处理是各种工业生活废气的净化和回收有用溶剂。环保中的液相汲附处理中主要用于人们生活的上、下水和工业废水的处理上。发达国家的人们的饮用水、城市生活废水、工业废水基本上都采用包括活性炭处理在内的三级净化 ,发达国家用于水处理的活性炭约占其总用量的40~50%。我国开始重视环 境问题,预期不远将来,活性炭在我国水处理中将获得跃式的发展。

3.4 活性炭在高新技术 领域中的应用进展
近二十年来高新技 术已成国世界各国经济发展的竞技物。科技的迅速发展促进了活性炭的发高比表面、高孔容、高吸附容量的高性能活性炭、超细活性炭、活性炭各种各样的制品不断涌现。而这些活性炭新品系在高新电子电极、新型催化剂截体、 电能和高能量密度物质(如压缩或液化氢气、天然气等)和贮存。电动汽车、功能性绿色环保等诸多领域的应用都屡见有关文献,不少已投放市场。我国的活性炭工作者也在不懈努力,有些方面已取得突破,可以预期在新世纪里 我国活性炭在高新技术领域将占有一席之地。
 

 
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