湖北活性炭精细介绍.doc

基本介绍英文别名：Charcoal activated，Carbon amorphous，Carbon black， 粉状活性炭Carbon active，Activated carbon，Activated charcoal， Activated char，Carbon Amorphous 活性炭是传统而现代的人造材料，又称碳分子筛，化学式：C。CAS： 64365-11-3 EINECS: 264-864-4。自从问世一百年来，活性炭应用领域日益扩展，应用数量不断递增。 1 物理性状黑色无定形粒状物或细微粉末。无臭。无味。无砂性。不溶于任何溶剂。对各种气体有选择性的吸附能力，对有机色素和含氮碱有高容量吸附能力。每g总表面积可达5001000m2。相对密度约 1.92.1。表观相对密度约 0.080.45。 储存方式密封干燥保存。SCRC 100066 主要用途脱色和过滤，使带色液体脱色。吸收各种气体与蒸气。色谱分析用。测甲醇、锡和硅的还原剂。粒状物可用作催化剂的载体。 种类划分由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭的种类很多，到目前为止尚无精确的统计材料，大约有上千个品种。 按原料来源分 1. 木质活性炭 2. 兽骨、血炭 3. 矿物质原料活性炭 4. 其它原料的活性炭 5. 再生活性炭 按制造方法分 1. 化学法活性炭（化学炭） 2. 物理法活性炭 3. 化学物理法或物理化学法活性炭 按外观形状分 1. 粉状活性炭 2. 颗粒活性炭 3. 不定型颗料活性炭 4. 圆柱形活性炭 5. 球形活性炭 6. 其它形状的活性炭 按孔径分 大孔 半径20 000nm 过渡孔 半径150 20 000nm 微孔 半径3054850900HY-1300386811001150HY-1500458112501300HY-1600529315001550应用历史历史记载回述炭应用的历史，记载如下： (1)公元前1550年，埃及有作为医用的记载; (2)公元前460359年，希腊医生Hippocrate用以治羊癫疯; (3) 15181593年，中国李时珍的本草纲目中提及用于治病 (4) 1993年有外用于溃疡； (5) 1794年，英国有家糖厂用于加速脱色。上述例证应用的都是木炭，不是活性炭。 活性炭作为人造材料，是在1900年和1901年才发明的，发明者Raphael von Ostrejko,取得英国专利B.P.14224(1900);英国专利B.P.18040（1900）德国专利Ger.P.136792（1901）。 他发明将金属氯化物炭化植物源原料或用二氧化碳或水蒸气与炭化材料反应制造活性炭。1911年在维也纳附近的工厂首次用于工业生产，当时产品是粉状活性炭，商品名使Epomit；同年在荷兰有Norit上市；1912年在捷克斯洛伐克有Carboraffin出售。（Ger.Pat.290656）。 历史阶段回顾百年来世界活性炭应用的历史，不妨粗略划分为三个阶段： (1)第一阶段，从20世纪初到约20世纪20年代为萌芽阶段: (2)第二阶段，从约20世纪20年代中期为成长阶段; (3)第三阶段，从20世纪中期到20世纪末期为发展阶段，发展成为环保大应用阶段。 这三个阶段可用活性炭应用历程中两件历史性大事。作为划分的界限。 历史事件第一件大事是活性炭防毒面具，在20世纪20年代在第一次世界大战中的应用。可以次作为划分活性炭应用历史的第一阶段和第二阶段的界限。 活性炭活性炭在初期主要应用是粉炭在糖业中逐步代替了原来的骨炭。在20世纪20年代的第一次世界大战中出现的颗粒大量应用于防毒面具。这是工业化学史上辉煌的一页。当时荷兰的Norit和捷克斯洛伐克、德国、法国、瑞士等国的制造商和批发商曾成立一个联合公司，说明在欧洲萌芽的活性炭也是被广为看好的新兴产业。 通过防毒面具应用的推动，活性炭历史进入了第二阶段，活性炭市场不断扩大，活性炭的吸附和催化功能在众多行业的精制、回收、合成上的应用陆续开发，美国等的活性炭厂陆续开设。在20世纪中叶不断拓展应用面的活性炭，被视为“万能吸附剂”。 第二件大事是活性炭除臭作用，在20世纪40年代数以百计的自来水厂中采用了活性炭除臭。以此作为划分活性炭应用历史的第二阶段与第三阶段的界限。 1927年美国芝加哥自来水厂发生了广大居民难以接受的自来水恶臭事故，这是由于原水中的苯酚和消毒用的氯生成异臭所致。德国等地的自来水厂也发生了同样的事故，这些事故都是用活性炭来解决的。 此后，随着环境保护日益受到重视，政府法令的日趋严格。活性炭不仅在净水方面，而且在净气等方面的用量剧增，使得在20世纪的后半叶，环保产业成为活性炭应用的大户。由此活性炭历史进入了第三阶段，即发展阶段。 中国应用我国活性炭在应用历史上简单分为三个阶段： (1)第一阶段是20世纪40年代以前，我国制药工业、化学工业中使用活性炭量大，都用进口货，例如用Carboraffin牌的活性炭。 (2)第二阶段自20世纪50年代初开始，国产活性炭上市。1951年沈阳和抚顺的单管炉厂、青岛的反射炉闷烧法厂、上好的电热活化法厂，接着有氯化锌活化法厂，1958年福建、杭州、广州、烟台、东北等地纷纷建厂，1966年太原开创斯列普活化法厂，随后我国陆续开设数以百计的斯列普炉厂。此外，还有不少的转炉、粑式炉等工厂。总生产能力从1951年的三五十吨猛增到20世纪80年代的近十万吨。 生产与应用相互促进，活性炭的应用范围被迅速开拓。从原来单一的通用炭向多种的专用炭发展，例如净水炭、糖炭、味精炭、油脂炭、黄金炭、载体炭、药用炭、针剂炭、试剂炭等等，足见活性炭因国内经济蒸蒸日上而应用量速增，又因产量扩大、成本降低而使出口量上升。我国活性炭的应用，不仅在国内市场发展，而且进入了国际市场。 (3)第三阶段2003-至今；活性炭应用于装修污染治理，利用先进的造孔技术将活性炭，使其具备与室内有害气体分子大小相匹配的孔隙结构，专用于吸附甲醛、苯系物、氨、氡等所有对人体有害的气体及空气中的浮游细菌。具有吸味、去毒、除臭、去湿、防霉、杀菌、净化等综合功能，有效清除室内环境污染成功应用于装修污染治理，并创立了家康景品牌。目前市场上家用活性炭众多，活性炭已走进千家万户，成为健康时尚的环保产品。 主要机理 活性炭是由含炭为主的物质作原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。影响活性炭吸附的因素有：活性炭的特性；被吸附物的特性和浓度；废水的PH值；悬浮固体含量等特性；接触系统及运行方式等。活性炭吸附是城市污水高级处理中最重要最有效的处理技术，得到广泛的应用。 活性炭能有效吸附氯代烃、有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，还能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、苯酚、DDT、艾氏剂、烷基苯磺酸及许多酯类和芳烃化合物。二级出水中也含有不被活性炭吸附的有机物，如蛋白质的中间降解物质，比原有的有机物更难被活性炭吸附，活性炭对THMS的去除能力较低，仅达到23-60%。活性炭吸附法与其他处理方法联用，出现了臭氧-活性炭法、混凝-吸附活性炭法、Habberer工艺、活性炭-硅藻土法等，使活性炭的吸附周期明显延长，用量减少，处理效果和范围大幅度提高。 编辑本段技术指标 颗粒活性炭柱粒活性炭碘值950(mg/g)碘值850(mg/g)苯吸附450(mg/g)比表面积500-900m²/g比表面积900-1100m²/g充填密度0.45-0.55g/cm³充填密度0.45-0.55g/cm³强度90%强度90%水分10%水分10%主要特性吸附特性活性炭是一种很细小的炭粒 有很大的表面积，而且炭粒中还有更细小的孔毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体（杂质）充分接触。当这些气体（杂质）碰到毛细管被吸附，起净化作用。活性炭的表面积研究是非常重要的，活性炭的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。F-Sorb 2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb 2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。 活性炭对各气体的吸附能力（单位：ml/cm3)： H2、 O2、N2、Cl2、CO2 4.5 、35、11、494、97 催化特性活性炭在许多吸附过程中伴有催化反应，表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。 由于活性炭有特异的表面含氧化合物或络合物的存在，对多种反应具有催化剂的活性，例如使氯气和一氧化碳生成光气。 由于活性炭和载持物之间会形成络合物，这种络合物催化剂使催化活性大增，例如载持钯盐的活性炭，即使没有铜盐的催化剂存在，烯烃的氧化反应也能催化进行，而且速度快、选择性高。 由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性，可作为催化剂的载体。例如，有机化学中加氢、脱氢环化、异构化等的反应中，活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。 机械特性(1)粒度：采用一套标准筛筛分法，求出留在和通过每只筛子的活性炭重量，表示粒度分布。 (2)静观密度或堆密度：饮食孔隙容积和颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。 (3)体积密度和颗粒密度：饮食孔隙容积而不饮食颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。 (4)强度：即活性炭的耐破碎性。 (5)耐磨性：即耐磨损或抗磨擦的性能。 这些机械性质直接影响活性炭应用，例如：密度影响容器大小；粉炭粗细影响过滤；粒炭粒度分布影响流体阻力和压降；破碎性影响活性炭使用寿命和废炭再生。 化学特性活性炭的吸附除了物理吸附，还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构，又取决于化学组成。 活性炭不仅含碳，而且含少量的化学结合、功能团开工的氧和氢，例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。这些表面上含有的氧化物和络合物，有些来自原料的衍生物，有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。有时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类，如碳酸盐和磷酸盐等。 这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低。 主要用途1、空气净化 ：例如用活性炭从含有溶剂蒸气的空气中回收溶剂；用活性炭过滤法使空气脱臭；用于防毒面具和工业用呼吸器中，以防御毒物等。 2、污水处理场排气吸附 3、饮料水处理 4、电厂水预处理 5、废水回收前处理 6、生物法污水处理 7、有毒废水处理 8、石化无碱脱硫醇 9、溶剂回收（因为活性炭可吸附有机溶剂） 10、化工催化剂载体 11、滤毒罐 12、黄金提取 13、化工品储存排气净化 14、制糖、酒类、味精医药、食品精制、脱色 15、乙烯脱盐水填料 16、汽车尾气净化 17、PTA氧化装置净化气体 18、印刷油墨的除杂 19、气体分离：例如从城市煤气中回收苯；从天然气中回收汽油、丙烷和丁烷；用于处理费托合成中的废气，以回收其中的烃类等。 20、液相吸附：例如在制糖工业中用活性炭吸附法使糖液脱色;在化学工业中用活性炭使有机物质脱色；用活性炭净化电镀浴中的有机杂质，以保证电镀表面的质量及用于废水脱酚等。2 质检信息亚甲基蓝吸附量 合格 干燥失重，% 15.0 pH值(50g/L，25) 4.57.5 相关产品乙醇溶解物，% 0.2 锌(Zn)，% 0.10 盐酸溶解物，% 2.0 重金属(以Pb计)，% 0.01 铁(Fe)，% 0.10 灼烧残渣(以硫酸盐计)，% 3.0 硫化合物(以硫酸盐计)，% 0.15 氯化物(Cl)，% 0.10 安全防患泄漏处理泄漏：隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给式呼吸器，穿防毒服。 灭火处理燃烧性：易燃。灭火剂：水、泡沫、二氧化碳、砂土。火场周围可用的灭火介质。 紧急处理吸入：迅速脱离现场至新鲜空气处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 误食：误服者用水漱口。就医。 皮肤接触：立即脱去被污染衣着，用大量流动清水冲洗，至少15分钟。就医。 眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。 影响因素活性炭吸附剂的性质 其表面积越大，吸附能力就越强； 活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质；活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。 吸附质的性质 取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等 废水PH值 活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。 PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响，从而影响吸附效果。 共存物质 共存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差 温度 温度对活性炭的吸附影响较小 接触时间 应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。 应用领域石化行业 无碱脱臭（精制脱硫醇）重催的精制装置 乙烯脱盐水（精制填料）乙烯装置 催化剂载体（钯、铂、铑等）苯乙烯、连续重整装置 水净化及污水处理上水及下水的深度处理 电力行业 电厂水质处理及保护锅炉装置 化工行业 化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、及油脂等的脱色、精制 食品行业 饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色 黄金行业 黄金提取适用炭浆法、堆浸法提金工艺 尾液回收金矿的废物利用及环境保护 环保行业 用于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化 相关行业 香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制备等,比如活性炭可以作为活性碳罐的填充物用来生产摩托车碳罐 汽车碳罐等。 活性炭吸附法在水处理中的应用 活性炭吸附广泛应用于在城市污水处理、饮用水及工业废水处理。 城市污水处理 废水中的一些有机物是难于为微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其产品、杀虫剂、洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成有机物，经生化处理后很难达到对排放要求较高的水体中排放的标准，也严重影响废水的回用，因此需要深度处理。 由于活性炭对有机物的吸附能力大，在废水深度处理中得到广泛的应用，具有以下优点： 处理程度高，城市污水用活性炭进行深度处理后，BOD可降低99%，TOC可降到13mg/L。 应用范围广，对废水中绝大多数有机物都有效，包括微生物难于降解的有机物。 适应性强，对水量及有机物负荷的变动有较强的适应性能，可得到稳定的处理效果。 粒状炭可进行再生重复使用，被吸附的有机物在再生过程中被烧掉，不产生污泥。 可回收有用物质，例如用活性炭处理含酚废水，用碱再生吸附饱和的活性炭，可以回收酚钠盐。 设备紧凑、管理方便。 饮用水深度处理中的应用 活性炭吸附是建立在常规给水处理基础上，一般设置在砂过滤之后，也可与砂滤料组成双层滤料过滤或以活性炭过滤代替砂过滤。 在利用活性炭吸附进行饮用水深度处理的过程中，发现在活性炭滤料上生长有大量的微生物，使出水水质提高且再生延长，于是发展了一种经济有效的去除水中的微污染物质的生物活性炭工艺，流程为原水（加入混凝剂）澄清过滤（加入臭氧）再利用活性炭吸附，最后是出水。 工业废水处理中的应用 很多工业废水很难或不能采用生化处理，采用其他方法时，有的不能达到排放标准，或运行费用较高，或操作较麻烦等，例如有毒的有机化合物和某些金属及其化合物等。工程实践表明，活性炭对这些物质有很强的吸附能力。 再生产品活性炭目前在环境保护，工业与民用方面己被大量使用,并且取得了相当的成效,然而活性炭在吸附饱合被更换后,使用单位均将其废弃,掩埋或烧掉,造成资源的浪费和对环境的再污染。 活性炭吸附是一个物理过程，因此还可以采用高温蒸汽将使用过的活性炭内之杂质进行脱附，并使其恢复原有之活性，以达到重复使用的目的，具有明显的经济效益。 再生后的活性炭其用途仍可连续重复使用及再生。 活性炭再生技术的发展 随着活性炭的应用范围日趋广泛,活性炭的回收开始得到了人们的重视。如果用过的活性炭无法回收,除了每吨废水的处理费用将会增加0.830.90元外，还会对环境造成二次污染。因此,活性炭的再生具有格外重要的意义。 1传统活性炭再生方法 1.1热再生法 热再生法是目前应用最多,工业上最成熟的活性炭再生方法。处理有机废水后的活性炭在再生过程中,根据加热到不同温度时有机物的变化,一般分为干燥、高温炭化及活化三个阶段。在干燥阶段,主要去除活性炭上的可挥发成分。高温炭化阶段是使活性炭上吸附的一部分有机物沸腾、汽化脱附,一部分有机物发生分解反应,生成小分子烃脱附出来,残余成分留在活性炭孔隙内成为“固定炭”。在这一阶段,温度将达到800900C,为避免活性炭的氧化,一般在抽真空或惰性气氛下进行。接下来的活化阶段中,往反应釜内通入CO2、CO、H2或水蒸气等气体,以清理活性炭微孔,使其恢复吸附性能,活化阶段是整个再生工艺的关键。热再生法虽然有再生效率高、应用范围广的特点,但在再生过程中,须外加能源加热,投资及运行费用较高。 1.2生物再生法 生物再生法是利用经驯化过的细菌,解析活性炭上吸附的有机物,并进一步消化分解成H2O和CO2的过程。生物再生法与污水处理中的生物法相类似,也有好氧法与厌氧法之分。由于活性炭本身的孔径很小,有的只有几纳米,微生物不能进入这样的孔隙,通常认为在再生过程中会发生细胞自溶现象,即细胞酶流至胞外,而活性炭对酶有吸附作用,因此在炭表面形成酶促中心,从而促进污染物分解,达到再生的目的。生物法简单易行,投资和运行费用较低,但所需时间较长,受水质和温度的影响很大。 1.3湿式氧化再生法 在高温高压的条件下,用氧气或空气作为氧化剂,将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物氧化分解成小分子的一种处理方法,称为湿式氧化再生法。实验获得的活性炭最佳再生条件为:再生温度230C,再生时间1h,充氧pO20.6MPa,加炭量15g,加水量300mL。再生效率达到(455)%,经5次循环再生,其再生效率仅下降3%。活性炭表面微孔的部分氧化是再生效率下降的主要原因。 传统的活性炭再生技术除了各自的弊端外,通常还有三点共同的缺陷:(1)再生过程中活性炭损失往往较大;(2)再生后活性炭吸附能力会有明显下降;(3)再生时产生的尾气会造成空气的二次污染。因此,人们或对传统的再生技术进行改进,或探索全新的再生技术。 2目前新兴的活性炭再生技术 2.1溶剂再生法 溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系,通过改变温度、溶剂的pH值等条件,打破吸附平衡,将吸附质从活性炭上脱附下来。 溶剂再生法比较适用于那些可逆吸附,如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。它的针对性较强,往往一种溶剂只能脱附某些污染物,而水处理过程中的污染物种类繁多,变化不定,因此一种特定溶剂的应用范围较窄。 2.2电化学再生法 电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。该方法将活性炭填充在两个主电极之间,在电解液中,加以直流电场,活性炭在电场作用下极化,一端成阳极,另一端呈阴极,形成微电解槽,在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应,吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因电泳力作用发生脱附。该方法操作方便且效率高、能耗低,其处理对象所受局限性较小,若处理工艺完善,可以避免二次污染。 实验结果表明,电化学再生活性炭具有较高的再生效率,可达到90%。此外,对工艺参数的研究表明,再生位置是活性炭再生工艺中最重要的影响因素,电解质NaCl浓度是较重要的影响因素,再生电流和再生时间对活性炭的电化学再生也有一定的影响。 2.3超临界流体再生法 据最近的研究资料表明,在CO2的临界点附近,再生效率的变化很大;对未被烘干的活性炭,则需要延长其再生时间。对氨基苯磺酸而言,CO2超临界流体法再生的最佳温度为308K,当温度超过308K时,再生不受影响;当流速大于1.4710-4m/s时,流速不影响再生;用HCl溶液处理后,会使活性炭再生效果明显改善。对苯而言,再生效率在低压下随温度的下降而降低;在16.0MPa压力时的最佳再生温度为318K;在实验流速下,再生效率会随流速加快而提高。 2.4超声波再生法 由于活性炭热再生需要将全部活性炭、被吸附物质及大量的水份都加热到较高的温度,有时甚至达到汽化温度,因此能量消耗很大,且工艺设备复杂。其实,如在活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物质得到足以脱离吸附表面,重新回到溶液中去的能量,就可以达到再生活性炭的目的。超声波再生就是针对这一点而提出的。超声再生的最大特点是只在局部施加能量,而不需将大量的水溶液和活性炭加热,因而施加的能量很小。 研究表明经超声波再生后,再生排出液的温度仅增加23。每处理1L活性炭采用功率为50W的超声发生器120min,相当于每m3活性炭再生时耗电100kWh,每再生一次的活性炭损耗仅为干燥质量的0.6%0.8%,耗水为活性炭体积的10倍。但其只对物理吸附有效,目前再生效率仅为45%左右,且活性炭孔径大小对再生效率有很大影响。 2.5微波辐照再生法 微波辐照再生法是在热再生法基础上发展起来的活性炭再生技术。其原理是以电为能源,利用微波辐照加热实现再生。试验中的最佳再生效率出现在功率为HI(W),辐照时间约为80s时。比较极差S可知,对再生后活性炭碘值恢复影响最大的是微波功率,其次是辐照时间,最后是活性炭的吸附量。微波辐照法再生活性炭的时间短。能耗低、设备构造简单,具有较好的应用前景。然而,在