活性炭知识探究

1、 活性炭活性炭知识知识探究探究关于活性炭问题的纲要关于活性炭问题的纲要一、活性炭的概述二、活性炭的制备三、活性炭的应用与前景四、新型的碳材料一、活性炭的概述1、发展现状、发展现状国外活性炭生产国有美国、俄罗斯和日本等。世界活性炭的年产量约70万吨，其中一半以上是由美国、日本及西欧经济共同体等工业国生产。欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化制造体系。而且对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面化学基团的关系研究，做到了品种的专用化和多样化。我国活性炭工业生产起步于20世纪50年代，80年代以后发展迅速，主要以煤质活性炭为主。我国目前有中小型活性炭生产企业1 0

2、00余家，活性炭产量占世界产量的三分之一，已成为世界上最大的活性炭生产国，2007年生产量达到35万吨，出口量25万吨。但是我国活性炭行业在制造技术上不如欧美国家，存在生产规模小、产品质量参差不齐、资源浪费等问。2 2、活性炭活性炭简介简介定义：活性炭（AC: activated carbon）是由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达孔隙结构发达、表面积大，吸附能力吸附能力强的一类微晶质碳微晶质碳素材料。分子式：C；分子量：12.011；熔点：3652；沸点：4827，3652升华。有多孔结构和对气体、蒸气或胶态固体有强大吸附本领的炭。2 2、活性炭活性炭简介简介分类： 由于原料来源、制

3、造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭品种不下千种(1)、木质活性炭木质活性炭： 以木屑、木炭等制成的活性炭。 果壳活性炭：以椰子壳椰子壳、核桃壳等制成的活性炭。 (2)、动物质原料活性炭：动物质原料活性炭：兽骨、血炭 (3)、矿物质原料活性炭矿物质原料活性炭 煤质煤质活性炭活性炭：以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等成的活性炭。 石油石油类活性炭：类活性炭：以沥青等为原料制成沥青基球状的活性炭。(4)、其它原料的活性炭其它原料的活性炭 含碳的有机废料和农业副产品，例如稻壳、稻草、棉子壳、咖啡豆梗、油棕壳、糠醛渣、甘蔗渣、纸浆废液、合成树脂等等都可化无用为有用制成活性炭。按原料来源分按制造方法分 (1

4、)、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（6001000）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。 (2)、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。 化学品法活化的活性炭：例如以氯化锌作活化剂，原料和氯化锌溶液混合后，在隔绝空气下加热到约700，生成活性炭。 （3）、化学-物理法或物

5、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。 按外观形状分（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。（2） 颗粒活性炭 通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。2 2、活性炭活性炭简介简介特点特点： 活性炭是一种多孔炭材料，具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积，吸

6、附能力强、化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点2 2、活性炭活性炭简介简介结构结构： 活性炭是非晶体物质，由排列成六边形的碳原子平面层组成，这些平面层的排列不是类似于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成“螺层状结构”。二、活性炭的制备二、活性炭的制备活化机理：活化机理：活化剂在高温下与碳发生氧活化剂在高温下与碳发生氧化还原反应，生成气体（如化还原反应，生成气体（如CO、H2）。由）。由于碳化物表面受到于碳化物表面受到侵蚀侵蚀，是碳化物的孔结，是碳化物的孔结构更加发达。构更加发达。影响因素：影响因素：碳化温度（碳化温度（400600左右）、左右）、碳化时间（碳化时间（1h左右）、活化

7、温度（左右）、活化温度（8001000 ）、活化时间（）、活化时间（ 1h左右）、活化剂流量左右）、活化剂流量。活化机理活化机理（3）其他制备方法a.催化活化法金属及其化合物对碳的气化具有催化作用，所用的金属主要有碱金属氧化物及盐类、碱土金属氧化物及盐类、过渡金属氧化物及稀土元素。采用催化活化的方法可以提高活性炭的中孔容积。b.聚合物炭化法由两种或两种以上聚合物以物理或化学方法混合而成的聚合物如果有相分离的结构，热处理时不稳定的聚合物将分解并在稳定的聚合物中留下孔洞。有学者将酚醛树脂和聚丁烯丁脂在甲醇中以1：1比例混合，制得中孔活性炭。C. 还有超临界技术、微波加热等制备方法。 (4)成型活性

8、炭的制备 由于活性炭的“螺层状结构”，平面层之间都是以分子间力相互结合，因此，活性炭的耐磨损度、耐压强度都很差。 成型活性炭的优点成型活性炭的优点（1）具有一定的形状和尺寸，易于调变和加）具有一定的形状和尺寸，易于调变和加工。工。（2）密度和强度较高，无粉尘污染。）密度和强度较高，无粉尘污染。（3）单位体积的吸附量远高于粉状活性炭）单位体积的吸附量远高于粉状活性炭 成型活性炭的制备方法成型活性炭的制备方法 以碳质前驱物为原料制备成型活性炭以碳质前驱物为原料制备成型活性炭原料预处理原料预处理成型成型碳化、活化碳化、活化后处理后处理产品产品特点特点：该种方法制备的成型活性炭，骨架易遭：该种方法制备

9、的成型活性炭，骨架易遭到破坏，难以制的高比表面积的成型活性炭。到破坏，难以制的高比表面积的成型活性炭。 以粉状活性炭为原料制备成型活性炭粉状活性炭粉状活性炭粘结剂粘结剂混合混合压缩成型压缩成型加热处理加热处理后处理成型活性碳成型活性碳该方法是制备高性能成型活性碳所必须的方法粘合剂的分类粘合剂的分类有机类粘结剂有机类粘结剂：腐植酸及其钠盐、黏结性木：腐植酸及其钠盐、黏结性木质素、煤焦油、聚乙烯醇及其衍生物和酚醛质素、煤焦油、聚乙烯醇及其衍生物和酚醛树脂等。树脂等。无机粘合剂无机粘合剂：氧化铝、二氧化钛，硅酸盐、氧化铝、二氧化钛，硅酸盐、蒙脱土等。蒙脱土等。用有机粘合剂易得到比表面积较高的成型活用

10、有机粘合剂易得到比表面积较高的成型活性炭，但是其机械强度不是很好。性炭，但是其机械强度不是很好。 总的来说，成型活性炭的吸附性能和机总的来说，成型活性炭的吸附性能和机械强度是相互矛盾的，要同时提高其吸附性械强度是相互矛盾的，要同时提高其吸附性能和机械强度是十分困难的。能和机械强度是十分困难的。 无机类物质作为黏结剂，可以无机类物质作为黏结剂，可以大幅提高大幅提高成型活性炭的机械强度成型活性炭的机械强度，但添加量较少，则，但添加量较少，则不能成型；而添加量过多，又会导致成型活不能成型；而添加量过多，又会导致成型活性炭中炭含量减少，比表面积下降。因此，性炭中炭含量减少，比表面积下降。因此，该类方法

11、适合生产某些该类方法适合生产某些具有特殊吸附性能具有特殊吸附性能的的成型活性炭。成型活性炭。三、活性炭的应用三、活性炭的应用三、活性炭的应用活性炭在水处理中的应用活性炭在水处理中的应用 活性炭因具有较高的比表面积和化学稳定性，可作为一种良好的吸附剂，主要有：A.去除水中有机物B.处理重金属废水C.处理含氰废水D.工业废水等哈尔滨动用哈尔滨动用1400吨活性炭治理水污染吨活性炭治理水污染2005年11月松花江水污染事件,硝基苯硝基苯的浓度最大超标了大约, 自来水厂常规处理工艺对其基本上没有去除作用，混凝沉淀的方法，去除率在2%-5%，常用的氧化剂如高锰酸钾，臭氧都不能把其氧化。技术措施：一条是在

12、水厂取水口处投加(40mg/l),利用水源水从取水口到净水厂的输水管线(1-2h ),在管线当中粉末炭把硝基苯吸附。 另一条就是把水厂现有改造成和石英砂双层滤料滤池，具体方法是把现有的石英砂挖出半米左右再加入半米的，一共用了粒状炭800多吨大气污染的大气污染的防治防治 活性炭净化室内空气是比较适合的方法, 常常与空调装置、换气装置并用, 如医院、宾馆、地下设施、潜艇及宇宙飞船。空气净化用的活性炭过滤器结构简单、替换容易。另外, 燃烧废气中含有二氧化硫, 活性炭处理后不仅防止大气污染, 还能回收二氧化硫, 制成硫酸。用脱附方法可回收硫酸或硫酸钙、硫酸按或固体硫。活性炭也用于吸附生产过程中逸出的有

13、毒气体, 保护环境, 如喷漆车间的空气和为了防止汽车气化汽油的蒸发散失, 也都推广应用活性炭吸附装置。改良土壤改良土壤 从环境污染来看, 土壤是藏垢纳污之地, 污染物来自：污水、废水的排放; 大气中废气、杂物的沉降;固体垃圾、废渣的堆积;农药、化肥的使用;有害微生物的存活等。以活性炭处理土壤, 可发挥一定的作用如在除草剂中加人活性炭, 可以防止杂草生长, 有效而无害。活性炭以微生物金属(例如银、铜、锌)化合物浸渍, 然后经有机硅烷处理, 提供稻谷或菠菜生长之用, 有增产之效。在有机气体回收上的应用在有机气体回收上的应用 有机溶剂在许多工业制造过程中都是必不少的, 些溶剂极易挥发, 其蒸汽对人体

14、健康有害, 还有引起火灾和爆炸的危险, 同时由于溶剂化,使生产成本增加。用活性炭吸附法来回收剂是目前较好的方法之一, 其回收工艺比较简单,由吸附、解吸、干燥及冷却四个阶段组成。含有溶剂蒸汽的空气通过活性炭层时, 溶剂蒸汽被吸附,从吸附器内排出的几乎是纯净的空气。饱和的活性炭可用水蒸气再生, 将解吸下来的溶剂蒸汽冷却分离回收。活性炭的临床应用活性炭的临床应用 活性炭在药物制剂中主要用来吸附杂质、热原以提高产品质量, 由于其具有强大的吸附作用, 临床上主要用于止泻和防止毒物吸收, 近年来活性炭的临床新应用不断有报道,笔者就此进行概述活性炭在食品医药领域的应用活性炭在食品医药领域的应用 活性炭用于食

15、品工业中绝大多数甜味剂、 调味品、油脂、饮料的脱色精制，以除去色素、胶质和其它杂质。活性炭在液相吸附中最早应用于在糖类制品中的脱色精制，到目前为止，活性炭在这方面的应用仍然具有广阔的市场。其他领域的应用其他领域的应用气体处理（吸附作用）气体处理（吸附作用）能源环保能源环保医疗领域（医疗领域（药物缓释、解毒剂、降血脂、吸附胆红素等）有机合成催化剂或催化剂载体有机合成催化剂或催化剂载体化学防护领域（化学防护领域（防毒面具、口罩、防毒衣和防毒门帘等）四、新型的碳材料四、四、新型的碳材料新型的碳材料（一）活性炭微球 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业发达的国家研制开发成

16、功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐进入工业化阶段。日本大阪瓦斯公司以中间相沥青为原料微球为原料，以KOH为活化剂，制的比表面积高达30004600m2g的超高比表面积活性炭微球。制备球型活性炭的原料有：煤、高分子和沥青。其球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。制备方法：压条成球法、介质分散法、喷雾法、反响乳液法和热缩聚法、乳液法、悬浮法等。应用：化工，石化，医药、防毒防护、能源环保等领域。制备工艺流程如下：制备工艺流程如下：煤沥青或石油渣油煤沥青或石油渣油高软化点沥青高软化点沥青沥青球沥青球不熔化不熔化沥青球沥青球球型活性炭球型活性炭调制调制球形化球形化添加剂添加剂不熔化不熔化氧化介质氧化介质250400碳化，活化碳化，活化N2+活化剂，活化剂，900（二）活性炭纳米管（二）活性炭纳米管 活性炭纳米管可以看成是单层或多层石墨片层卷曲而成的无缝中空管状结构。因此，具有管状孔隙、层间孔隙等。此外，还具有表面原子密度大，比表面积大，孔结构和表面结构可修饰等特点。 这些特点使其在催化剂载体、储氢材料、超级电容、锂离子二次电池和隐形材料等领域都得