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活性炭-【比百度百科还全面的介绍】

来源:活性炭-【比百度百科还全面的介绍】 发布于:2021-04-29 17:55   浏览:

目录

一、简介
二、主要成分
三、分类
——按原料来源分
——按制造方法分
——按外观形状分
——按孔径分
——按材质分
四、原理
——过滤原理
——吸附原理
五、特性
——理化特性
————(1)孔隙结构
————(2)表面化学性质
————(3)吸附机理
——吸附特性
——化学特性
——机械特性
六、命名与分类符号
——命名规则
——原材料分类符号
——形状分类符号
七、制备技术
——化学活化法
——物理活化法
————(1)磷酸活化法
————(2)氯化锌活化法
————(3)氢氧化钾活化法
——物理-化学活化法
————(1)物理-化学一体化制备技术
————(2)微波辅助化学活化
————(3)催化活化
八、应用
——应用简史
————(1)国外应用简史
————(2)国内应用简史
————(3)中国活性炭应用史
————(4)历史记载
————(5)历史阶段
————(6)历史事件
——应用行业及方向
————(1)石化行业
————(2)电力行业
————(3)化工行业
————(4)食品行业
————(5)黄金行业
————(6)环保行业
————(7)相关行业
——活性炭吸附法在水处理中的应用
————(1)城市污水处理
————(2)饮用水深度处理中的应用
————(3)工业废水处理中的应用
——应用领域
————(1)处理含油污水
————(2)处理染料废水
————(3)处理含汞废水
————(4)处理含铬废水
————(5)催化和负载催化剂
————(6)临床医用
————(7)用于超级电容器电极
————(8)用于储氢
————(9)用于烟气治理
————(10)其他应用
——应用行业
————(1)水处理行业
————(2)其他行业
——用途
————(1)用于液相吸附类活性碳
————(2)用于气相吸附类活性碳
————(3)用于高要求领域活性碳
九、检测与鉴别
——鉴别方法
————(1)直接看厂家提供的指标
————(2)把活性炭放在手中,感受其重量
————(3)把活性炭放置在有色液体里,看液体颜色是否会变浅
——质量鉴别
——椰壳活性炭的鉴别
十、再生
——再生原理
——再生方法
————(1)热再生法
————(2)生物再生法
————(3)湿式氧化再生法
————(4)微波辐射再生法
————(5)超临界流体再生法
————(6)电化学再生法
————(7)溶剂再生法
————(8)超声波再生法
————(9)催化湿式氧化法
十一、实验室制备方法
——试剂与仪器
——制备工艺
十二、工业制备方法
十三、国家标准
十四、生产设备
——《一步法生产活性碳的内热蒸汽转炉》
——《外热、内热双功能活性碳生产装置》
十五、粒径目与毫米的换算
十六、活性炭价格成本预算
十七、注意事项

一、活性炭简介

活性炭是一种经特殊处理的炭,将有机原料(果壳、煤、木材等)在隔绝空气的条件下加热,以减少非碳成分(此过程称为炭化),然后与气体反应,表面被侵蚀,产生微孔发达的结构 (此过程称为活化)。由于活化的过程是一个微观过程,即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀 ,所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2~50nm之间,即使是少量的活性炭,也有巨大的表面积,每克活性炭的表面积为500~1500m2,活性炭的一切应用,几乎都基于活性炭的这一特点。
 

二、活性炭主要成分

活性炭材料是经过加工处理所得的无定形碳,具有很大的比表面积,对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭材料主要包括活性炭(Activated Carbon , A C )和活性炭纤维(Activated Carbon Fibers, ACF )等。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂,主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能所决定的。活性炭材料的化学性质稳定,机械强度高,耐酸、耐碱、耐热,不溶于水与有机溶剂,可以再生使用,已经广泛地应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域 。目前,改性活性炭材料被广泛用于污水处理、大气污染防治等领域,在治理环境污染方面越来越显示出其诱人的美好前景。
活性炭80%-90%以上由碳元素组成,这也是活性炭为疏水性吸附剂的原因。除了碳元素外,还包含有两类掺和物:一类是化学结合的元素,主要是氧和氢,这些元素是由于未完全炭化而残留在炭中,或者在活化过程中,外来的非碳元素与活性炭表面化学结合,如用水蒸气活化时,活性炭表面被氧化或水蒸气氧化;另一类掺和物是灰分,它是活性炭的无机部分。
活性炭的主要原料几乎可以是所有富含碳的有机材料,如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳等。这些含碳材料在活化炉中,在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭。在此活化过程中,巨大的表面积和复杂的孔隙结构逐渐形成, 而所谓的吸附过程正是在这些孔隙中和表面上进行的,活性炭中孔隙的大小对吸附质有选择吸附的作用,这是由于大分子不能进入比它孔隙小的活性炭孔径内的缘故。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,具有巨大无比的表面积,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。
 

三、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 / 血活性炭
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(物理炭)
3. 化学–物理法或物理–化学法活性炭
按外观形状分
1. 颗粒活性炭(破碎状)
2. 粉状活性炭(粉末)
3. 柱形活性炭(圆柱)
4. 蜂窝活性炭(块状)
5. 球形活性炭(球状、圆球)
6. 不定型颗料活性炭
7. 其它形状的活性炭
按孔径分
大孔 孔径>500A°
过渡孔 孔径20 ~500A°
微孔 孔径 < 20A°活性炭的表面积主要是由微孔提供的
按材质分
1、果壳活性炭(椰壳、杏壳、枣壳、桃壳、松壳、核桃壳等)
2、煤质活性炭(泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、焦油等)
3、木质活性炭(竹材等)
4、石油类活性炭:例如以沥青等为原料制成的沥青基球状活性炭。
5、再生炭:以用过的废炭为原料,进行再活化处理的再生活性炭。
6、矿物质原料活性炭
 

四、原理

过滤原理
活性炭过滤器是将水中悬浮状态的污染物进行截留的过程,被截留的悬浮物充塞于活性炭间的空隙。滤层孔隙尺度以及孔隙率的大小,随活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗,可容纳悬浮物的空间越大。其表现为过滤能力增强,纳污能力增加,截污量增大。同时,活性炭滤层孔隙越大,水中悬浮物越能被更深地输送至下一层活性炭滤层,在有足够保护厚度的条件下,悬浮物可以更多地被截留,使中下层滤层更好地发挥截留作用,机组截污量增加。
从严格的理论上讲,活性炭所具有的对悬浮物的截留能力来自活性炭所提供的表面积。流速低时,机组的过滤能力主要地来自活性炭的筛除作用,而流速快时,过滤能力来自活性炭颗粒表面的吸附作用,在过滤过程中活性炭所提供的颗粒表面积越大,对水中悬浮物的附着力越强。
吸附原理
根据吸附过程中活性炭分子和污染物分子之间作用力的不同,可将吸附分为两大类:物理吸附和化学吸附(又称活性吸附)。在吸附过程中,当活性炭分子和污染物分子之间的作用力是范德华力(或静电引力)时称为物理吸附; 当活性炭分子和污染物分 子之间的作用力是化学键时称为化学吸附。物理吸附的吸附强度主要与活性炭的物理性质有关,与活性炭的化学性质基本无关。由于范德华力较弱,对污染物分子的结构影响不大,这种力与分子间内聚力一样,故可把物理吸附类比为凝聚现象。物理吸附时污染物的化学性质仍然保持不变。
由于化学键强,对污染物分子的结构影响较大,故可把化学吸附看做化学反应,是污染物与活性炭间化学作用的结果。化学吸附一般包含电子对共享或电子转移,而不是简单的微扰或弱极化作用,是不可逆的化学反应过程。物理吸附和化学吸附的根本区别在于产生吸附键的作用力。
吸附过程是污染物分子被吸附到固体表面的过程,分子的自由能会降低,因此,吸附过程是放热过程,所放出的热称为该污染物在此固体表面上的吸附热。由于物理吸附和化学吸附的作用力不同,它们在吸附热、吸附速率、吸附活化能、吸附温度、选择性、吸附层数和吸附光谱等方面表现出一定的差异。
活性炭吸附技术在国内用于医药、化工和食品等工业的精制和脱色已有多年历史。20世纪70年代开始用于工业废水处理。生产实践表明,活性炭对水中微量有机污染物具有卓越的吸附性,它对纺织印染、染料化工、食品加工和有机化工等工业废水都有良好的吸附效果。一般情况下,对废水中以BOD、COD等综合指标表示的有机物,如合成染料、表面性剂、酚类、苯类、有机氯、农药和石油化工产品等,都有独特的去除能力。所以,活性炭吸附法已逐步成为工业废水二级或三级处理的主要方法之一。
吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的缓慢作用过程。吸附是一种界面现象,其与表面张力、表面能的变化有关。引起吸附的推动能力有两种,一种是溶剂水对疏水物质的排斥力,另一种是固体对溶质的亲和吸引力。废水处理中的吸附,多数是这两种力综合作用的结果。活性炭的比表面积和孔隙结构直接影响其吸附能力,在选择活性炭时,应根据废水的水质通过试验确定。对印染废水宜选择过渡孔发达的炭种。此外,灰分也有影响,灰分愈小,吸附性能愈好;吸附质分子的大小与炭孔隙直径愈接近,愈容易被吸附;吸附质浓度对活性炭吸附量也有影响。在一定浓度范围内,吸附量是随吸附质浓度的增大而增加的。另外,水温和pH值也有影响。吸附量随水温的升高而减少。
 

五、特性

理化特性
根据活性炭的外形,通常分为粉状和粒状两大类。粒状活性炭又有圆柱形、球形、空心圆柱形和空心球形以及不规则形状的破碎炭等。随着现代工业和科学技术的发展,出现了许多活性炭新品种,如炭分子筛、微球炭、活性炭纳米管、活性炭纤维等。
(1)孔隙结构
活性炭是由石墨微晶、单一平面网状碳和无定形碳三部分组成,其中石墨微晶是构成活性炭的主体部分。活性炭的微晶结构不同于石墨的微晶结构,其微晶结构的层间距在0.34~0.35nm之间,间隙大。即使温度高达2000 ℃以上也难以转化为石墨,这种微晶结构称为非石墨微晶,绝大部分活性炭属于非石墨结构。石墨型结构的微晶排列较有规则,可经处理后转化为石墨。非石墨状微晶结构使活性炭具有发达的孔隙结构,其孔隙结构可由孔径分布表征。活性炭的孔径分布范围很宽,从小于1nm到数千nm。有学者提出将活性炭的孔径分为三类:孔径小于2nm为微孔,孔径在2~50nm为中孔,孔径大于50nm为大孔。
活性炭中的微孔比表面积占活性炭比表面积的95%以上,在很大程度上决定了活性炭的吸附容量。中孔比表面积占活性炭比表面积的5%左右,是不能进入微孔的较大分子的吸附位,在较高的相对压力下产生毛细管凝聚。大孔比表面积一般不超过0.5m2/g,仅仅是吸附质分子到达微孔和中孔的通道,对吸附过程影响不大。
(2)表面化学性质
活性炭内部具有晶体结构和孔隙结构,活性炭表面也有一定的化学结构。活性炭吸附性能不仅取决于活性炭的物理(孔隙)结构,而且还取决于活性炭表面的化学结构。在活性炭制备过程中,炭化阶段形成的芳香片的边缘化学键断裂形成具有未成对电子的边缘碳原子。这些边缘碳原子具有未饱和的化学键,能与诸如氧、氢、氮和硫等杂环原子反应形成不同的表面基团,这些表面基团的存在毫无疑问地影响到活性炭的吸附性能。X 射线研究表明,这些杂环原子与碳原子结合在芳香片的边缘,产生含氧、含氢和含氮表面化合物。当这些边缘成为主要的吸附表面时,这些表面化合物就改变了活性炭的表面特征和表面性质。活性炭表面基团分为酸性、碱性和中性 3 种。酸性表面官能团有羰基、羧基、内酯基、羟基、醚、苯酚等,可促进活性炭对碱性物质的吸附;碱性表面官能团主要有吡喃酮(环酮)及其衍生物,可促进活性炭对酸性物质的吸附。
磷酸等酸性活化剂制备的活性炭表面以酸性基团为主 ,对碱性物质吸附较好;KOH、K2CO3等碱性活化剂制备的活性炭表面以碱性基团为主,适合于吸附酸性物质;而采用CO2、H2O等物理活化方法制备的活性炭表面官能团总体呈中性。
(3)吸附机理
活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用,以达到净化水质的目的。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说,颗粒越小,孔隙扩散速度越快,活性炭的吸附能力就越强。 吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的,吸附速度是指单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的量。在水处理中,吸附速度决定了吸附剂与污水的接触时间。
活性炭发生的主要是物理吸附,大多数是单层分子吸附,其吸附量与被吸附物的浓度服从朗格缪尔单分子层吸附等温方程 :
式中:
(覆盖度)—— 一定温度下,吸附分子在固体表面上所占面积占表面总面积的分数;
——吸附质在气相的分压;
——吸附与脱附的速度之比;
——气体在固体表面上的吸附量
吸附特性
活性炭吸附法是利用多孔性的活性炭,使水中一种或多种物质被吸附在活性炭表面而去除的方法,去除对象包括溶解性的有机物质,合成洗涤剂、微生物、病毒和一定量的重金属,并能够脱色、除臭、空气净化。
活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水处理常用的吸附剂,活性炭经过活化后碳晶格形成形状和大小不一的发达细孔,大大增加比表面积,提高吸附能力。活性炭的细孔有效半径一般为1-10000nm,小孔半径在2nm以下,过渡孔半径一般为2-100nm,大孔半径为100-10000nm。小孔容积一般为0.15-0.90mL/g,过渡孔面积一般为0.02-0.10mL/g; 大孔容积一般为0.2-0.5mL/g。
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,国内有很多仪器只能做直接对比法的检测。现阶段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,请参看中国国家标准(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。
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。
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。
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:应是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:应是孔隙容积而不应是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。
 

六、命名与分类符号

中国国家标准将活性炭按照两部分进行分类:一部分按制造使用的主要原材料,另一部分按制造使用的原材料及对应的产品形状组合分类。
活性炭按制造使用的主要原材料分为四类:煤质活性炭、木质活性炭、合成材料活性炭和其他类活性炭。按制造使用主要原材料及对应的产品形状组合分类分为16种类型。其中,煤质活性炭分为:柱状煤质颗粒活性炭、 破碎煤质颗粒活性炭、粉状煤质颗粒活性炭、球形煤质颗粒活性炭。木质颗粒活性炭分为:柱状木质颗粒活性炭、破碎状木质颗粒活性炭、粉状木质颗粒活性炭、球形木质颗粒活性炭。合成材料活性炭分为:柱状合成材料颗粒活性炭、破碎状合成材料颗粒活性炭、粉状合成材料颗粒活性炭、成形活性炭、球形合成材料颗粒活性炭、 布类合成材料活性炭(炭纤维布)、毡类合成材料活性炭(炭纤维毡)。其他类活性炭,指除上述三种类型活性炭外,由其他原材料(如煤沥青、石油焦等)制备的活性炭,这类活性炭,在产品形状分类中,暂列了沥青基微球活性炭。详细分类见下表:
制造原材料分类
产品形状分类
煤质活性炭
柱状煤质颗粒活性炭
破碎煤质颗粒活性炭
 
粉状煤质颗粒活性炭
 
球形煤质颗粒活性炭
 
木质活性炭
柱状木质颗粒活性炭
破碎状木质颗粒活性炭
 
粉状木质颗粒活性炭
 
球形木质颗粒活性炭
 
合成材料活性炭
柱状合成材料颗粒活性炭
破碎状合成材料颗粒活性炭
 
粉状合成材料颗粒活性炭
 
成形活性炭
 
球形合成材料颗粒活性炭
 
布类合成材料活性炭(炭纤维布)
 
毡类合成材料活性炭(炭纤维毡)
 
其他类活性炭
沥青基微球活性炭
命名规则
活性炭按材料和形状命名。命名的方法则依据命名原则规定的内容进行,有三层内容:第一层表示活性炭制造主要原材料,用主要原材料英文单词的首字母大写表示;第二层表示活性炭的形状,用形状英文单词的首字母大写表示;第三层为活性碳的名称,由汉字组成。
原材料分类符号
活性炭制造原材料命名的分类符号以材料名称英文单词的首字母大写表示,若名称首字母重复,则在英文单词首字母后缀一个小写英文字母,该字母来源于材料名称的英文单词(辅音优先)。制造原材料分类符号中,由于类属于木质活性炭的加工原材料种类较多,而各种木质原材料制造后的活性炭性能有一定的区别,因此,将木质活性炭的制造的原材料细分为四类:木屑类活性炭、果壳类活性炭、椰壳类活性炭、生物质类活性炭。这四类木质活性炭的分类符号,用原材料分类符号(W)和其具体的原料(木屑、果壳、椰壳、生物质)英文单词的首字母大写用下脚标标注共同表示。 其分类符号详见2016年发布的中国国家标准GB/T 32560-2016 《活性炭分类与命名》。
形状分类符号
各类形状的活性炭的分类符号,以形状名称英文单词的首字母大写表示,若形状名称首字母重复,在英文单词首字母后缀一个小写英文字母,该字母来源于该形状的英文单词(辅音优先)。对于破碎状活性炭来讲,除木质破碎状活性炭外,煤质破碎状活性炭现有三类,这三类破碎状煤质活性炭生产工艺不同,质量指标和应用领域也有较大差别,为方便厂商和应用客户对破碎状煤质活性炭加以区别, 标准对破碎状活性炭的形状命名分类符号做了如下规定:破碎状活性炭的形状分类符号由G和具体各类破碎状活性炭的名称英文单词的首字母大写表示在 G 后下脚标处,共同表示,如:压块破碎活性炭(煤质)表示为GB 。 形状命名具体分类见2016年发布的中国国家标准GB/T 32560-2016 《活性炭分类与命名》。
 

七、制备技术

化学活化法
化学活化法就是通过将各种含碳原料与化学药品均匀地混合后,一定温度下,经历炭化、活化、回收化学药品、漂洗、烘干等过程制备活性炭。磷酸、氯化锌、氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸、碳酸钾、多聚磷酸和磷酸酯等都可作为活化试剂,尽管发生的化学反应不同,有些对原料有侵蚀、水解或脱水作用,有些起氧化作用,但这些化学药品都可对原料的活化有一定的促进作用,其中最常用的活化剂为磷酸、氯化锌和氢氧化钾。化学活化法的活化原理还不十分清楚,一般认为化学活化剂具有侵蚀溶解纤维素的作用,并且能够使原料中的碳氢化合物所含有的氢和氧分解脱离,以 H2O、CH4等小分子形式逸出,从而产生大量孔隙。此外,化学活化剂能够抑制焦油副产物的形成,避免焦油堵塞热解过程中生成的细孔,从而可以提高活性炭的收率。
我国木质磷酸法粉状活性炭已经实现了规模化、自动化和清洁化生产,整体技术达到国际领先水平。
(1)磷酸活化法
磷酸法制备活性炭的过程中,磷酸与木质纤维原料的作用机理可分为以下几个方面:润胀作用、加速活化作用、脱水作用、氧化作用和芳香缩合作用。
磷酸活化法的基本工艺包括木屑筛选、干燥、磷酸溶液配制、混合(或浸渍) 、炭化、活化、回收、漂洗(包括酸处理和水洗)、离心脱水、干燥与磨粉等工序,如生产颗粒活性炭还需增加捏合工艺。另外,附设专门的废气净化系统,回收烟气中的磷酸和炭粉,减少对环境的污染。磷酸活化法的生产工艺中,要注意在炭化段控制度,让磷酸充分渗透入木屑,再与活化段协同控制,可以明显提高活性炭吸附能力,产品质量稳定,同时适当降低活化温度对降低产品灰分有利。炭活化尾气采用多段液相回收可以增加磷酸和细炭粉的回收,采用高压静电方式也有利于尾气中焦油的去除。
(2)氯化锌活化法
ZnCl2在活化过程中使木质纤维原料发生脱氢反应并进一步芳构化,从而形成初步孔结构,水洗脱除氯化锌后即形成孔隙结构。此外还有学者认为氯化锌在炭化时形成新生炭沉积的骨架,当其被洗去之后,炭的表面便暴露出来,构成了具有吸附力的活性炭内表面。
氯化锌活化工艺流程与磷酸活化法工艺基本相似。氯化锌法活性炭由于其孔径分布相对集中、吸附力强等特点,一直受到国内外市场的青睐,需求量逐年增加。
(3)氢氧化钾活化法
KOH活化法是20世纪70年代兴起的一种制备高比表面积活性炭的活化工艺,其活化过程是将原料炭与数倍炭质量的KOH或NaOH混合,在不超过500℃下脱水后于800 ℃左右煅烧若干时间,冷却后将产品洗涤至中性即可得到活性炭。反应机理是活化过程中被消耗的炭主要生成了碳酸钾,同时在800℃左右,被炭还原的金属钾(沸点762℃)析出,金属钾的蒸气不断进入碳原子所构成的层与层之间进行活化,这两个反应使产物具有很大的比表面积。
KOH法活性炭主要应用在超级电容器领域。以椰壳为主要原料所制得的活性炭比表面积可接近3000m2/g,比电容可超过200F/g,同时还可表现出非常优良的储氢和储甲烷能力,在77K 和100kPa的情况下,储氢量可达到2.94%,压力提高至1MPa,储氢量可达4.82%。
物理活化法
物理法通常又称气体活化法,是将已炭化处理的原料在800 ~1000℃的高温下与水蒸气,烟道气(水蒸气、CO2、N2等的混合气)、CO或空气等活化气体接触,从而进行活化反应的过程。物理活化法的基本工艺过程主要包括炭化、活化、除杂、破碎(球磨)、精制等工艺,制备过程清洁,液相污染少。
在制备过程中,具有氧化性的高温活化气体无序碳原子及杂原子首先发生反应,使原来封闭的孔打开,进而基本微晶表面暴露,然后活化气体与基本微晶表面上的碳原子继续发生氧化反应,使孔隙不断扩大。一些不稳定的炭因气化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物气体,从而产生新的孔隙,同时焦油和未炭化物等也被除去,最终得到活性炭产品。活性炭发达的比表面积则源自中孔、大孔孔容的增加,形成的大孔、中孔和微孔的相互连接贯通。由于物理法工艺流程相对简单,产生的废气以CO2和水蒸气为主,对环境污染较小,而且最终得到的活性炭产品比表面积高、孔隙结构发达、应用范围广,因此世界范围内的活性炭生产厂家中70%以上都采用物理法生产活性炭。炭活化过程中产生大量的余热,可满足原料烘干、余热锅炉制高温蒸汽、产品的洗涤烘干等所需热能。
物理-化学活化法
(1)物理-化学一体化制备技术
物理-化学活化法顾名思义就是结合应用物理活化和化学活化的方法,即炭先经化学法处理,随后再进一步用物理法(水蒸气或 CO2)活化。国外研究人员通过H3PO4和CO2联合活化法制得了比表面积高达3700m2/g 的超级活性炭,具体步骤是在85℃下先用H3PO4浸泡木质原料,经450℃炭化4h后再用CO2活化。将物理法和化学法联合,利用物理法的炭化尾气为化学法生产供热,实现生产过程无燃煤消耗,同时得到物理法活性炭和化学法活性炭。
(2)微波辅助化学活化
由于在活性炭制备过程中,传统的炉膛加热存在耗工、耗时且物料受热不均的缺点,因此微波的引入可以实现物料内部均匀加热,同时可方便地快速启动和停止,耗时比传统工艺短得多。因此,微波辅助化学活化可以显著缩短生产时间,从而极大地提高生产效率,亦可降低环境污染。通常的磷酸法、氯化锌法和氢氧化钾活化法均可采用微波加热,而且研究表明微波加热法亦可得到高性能的活性炭,尤其适用于KOH活化法制备超级电容活性炭。然而微波加热制备活性炭仍处于实验阶段,主要原因是设备投资大,能耗高。
(3)催化活化
金属类催化剂在含碳原料表面可形成活性点,降低炭与水或CO2的反应活化能,从而降低活化温度,提高反应速率,形成发达的孔隙,同时,金属颗粒移动时也会产生孔道。催化剂在制备超级活性炭时可以降低活化温度,大幅提高反应的速率,还可使制得的活性炭孔径分布均匀。虽然催化活化法制备活性炭具有上述诸多优势,但反应速度过快可能会烧穿微孔壁面,从而破坏微孔结构。
 

八、应用

应用简史
(1)国外应用简史
公元前约3750年,古埃及就有使用木炭的记载。
1900年英国人首次发明以金属氯化物炭化植物来制造活性炭的方法。
1917年一战双方均已在防毒面具里使用活性炭。
1927年美国芝加哥自来水厂发生了恶臭事故,此后活性炭被广泛应用于自来水除臭。
1930 年第一个使用粒状活性炭吸附池除臭的水厂建于美国费城。
20世纪60年代末70年代初,由于煤质粒状炭的大量生产和再生设备的问世,发达国家开展了利用活性炭吸附去除水中微量有机物的研究工作,对饮用水进行深度处理。粒状活性炭净化的装置在美国、欧洲、日本等国陆续建成投产。美国以地面水为水源的水厂已有90%以上采用了活性炭吸附工艺。
(2)国内应用简史
20世纪50年代初,我国才开始生产活性炭。
20世纪60年代末期,开始利用活性炭去除受污染的水源水的除臭、除味。
活性炭主要作为固体吸附剂,应用在化工、医药、环境等方面,用于吸附沸点及临界温度较高的物质及分子量较大的有机物。在空气净化、水处理等领域应用也呈现出应用量增长的趋势,专用高档炭如高比表面积炭、高苯炭、纤维炭已渗透到航天、电子、通讯、能源、生物工程和生命科学等领域。
(3)中国活性炭应用史
1、第一阶段是20世纪40年代以前,中国制药工业、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、上海的电热活化法厂,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,随后中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。中国活性炭的应用,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。各大市场和超市的家用活性炭众多,活性炭已走进千家万户,成为健康时尚的环保产品。
(4)历史记载
⑴公元前1550年,埃及有作为医用的记载;
⑵公元前460~359年,希腊医生Hippocrate用以治羊癫疯;
⑶ 1518~1593年,中国李时珍的《本草纲目》中提及用于治病;
⑷ 1993年有外用于溃疡;
⑸ 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年在奥地利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)。
(5)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:
⑴第一阶段,从20世纪初到约20世纪20年代为萌芽阶段:
⑵第二阶段 ,从约20世纪20年代中期为成长阶段;
⑶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。
(6)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。可以以此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。
应用行业及方向
(1)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
(2)电力行业
电厂水质处理及保护——锅炉装置
(3)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
(4)食品行业
饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色
(5)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
(6)环保行业
用于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化
(7)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。
(1)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:
①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1~3mg/L。
②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。
③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。
④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。
⑤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。
⑥设备紧凑、管理方便。
(2)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。
(3)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。
应用领域
(1)处理含油污水
吸附法进行油水分离是利用亲油性材料,吸附废水中的溶解油及其它溶解性有机物。最常用的吸油材料是活性炭,可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。由于活性炭对油的吸附容量有限(一般为30~80mg/g)),成本高,再生困难,通常只用作含油废水多级处理的最后一级处理,出水含油质量浓度可降至0.1~0.2mg/L 。
由于活性炭对水的预处理要求高,而且活性炭的价格昂贵,因此在废水处理中,活性炭主要用来去除废水中的微量污染物,以达到深度净化的目的。 炼油厂含油废水,先经隔油、气浮和生物处理,再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1 mg/L(经生物处理后)降至0.005mg/L,含氰量从0.19mg/L降至0.048mg/L,COD从85mg/L 降至18mg/L。
(2)处理染料废水
染料废水成分复杂、水质变化大、色度深、浓度大,处理困难。处理方法主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。这些方法各有优缺点,其中活性炭能有效地去除废水的色度和COD。活性炭处理染料废水在国内外都有研究,但大多数是和其它工艺耦合,活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂,单独使用活性炭处理较高浓度染料废水的研究很少。
活性炭对染料废水有良好的脱色效果。染料废水的脱色率随温度的升高而增加,而pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在最佳吸附工艺条件下,酸性品红、碱性品红废水的脱色率均>97%,出水的色度稀释倍数≤50倍,COD<50mg/L,达到国家一级排放标准。
(3)处理含汞废水
重金属污染物中以汞的毒性最大,当汞进入人体内,就会破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成。活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能,但吸附能力有限,只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高,可以先用化学沉淀法处理,处理后含汞约1mg/L,高时可达2~3mg/L,然后再用活性炭做进一步的处理。
(4)处理含铬废水
活性炭表面存在大量的含氧基团如羟基(-OH)、羧基(-COOH)等,它们都有静电吸附功能,对六价铬产生化学吸附作用,能有效地吸附废水中的六价铬,吸附后的废水可达到国家排放标准。
利用活性炭处理含铬废水是活性炭对溶液中六价铬的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水,吸附性能稳定,处理效率高,操作费用低,有一定的社会效益和经济效益。因此,用活性炭处理含铬废水已得到广泛应用。
(5)催化和负载催化剂
石墨化炭和无定型炭是活性炭晶型的组成部分,因为具有不饱和键,所以表现出类似结晶缺陷的功能。活性炭因为结晶缺陷的存在而被作为催化剂广泛应用,同时,因为其具有大的比表面积及多孔结构,活性炭还被广泛用作催化剂载体。
采用γ射线处理商品活性炭,此过程可以在不影响活性炭物理性质的条件下改变活性炭表面化学特性。通过紫外线辐射和模拟太阳光辐射研究了光催化中活性炭表面化学所发挥的作用。结果表明,无论是紫外线还是模拟太阳光辐射,活性炭都可以发挥光催化作用。通过测定紫外线/活性炭和模拟太阳光/活性炭体系中羟基自由基和超氧阴离子自由基表明,由活性炭充当光催化剂和光诱导反应物可以有效消除杂质对反应的影响,体系中羟基自由基和超氧阴离子自由基的获得远高于单纯采用光辐射。这为发展自由基化学和寻找新的自由基反应提供了新的可能。
活性污泥因为成分复杂,导致其厌氧腐化过程缓慢。有学者将粒状活性炭用于活性污泥的厌氧腐化,使活性污泥腐化过程中甲烷产率提高了17.4%,同时使活性污泥腐化率提高了6.1%。另外在活性炭表面引入-SO3H,对合成甲基叔戊基醚过程有催化作用,该催化剂制备方便,催化活性高且不易分解,体现出改性活性炭催化剂的巨大应用潜能。有研究表明采用粒状活性炭负载臭氧体系使腐殖酸的催化氧化率达到48.1%,为腐殖酸的降解提供了新的途径。通过活性炭负载氧化铝作为改性活性炭糊电极用于苯酚的电催化氧化研究,表现出了较好的稳定性和可重复使用性,同时具有相对较低的检出限和较宽的检测范围。
(6)临床医用
活性炭由于其良好的吸附性能,可用于急性临床胃肠解毒急救,其具有不被胃肠道吸收且无刺激性、可以直接口服、简单便利等优点;同时,活性炭也被用于血液净化和癌症治疗等。结肠直肠癌是常见的恶性肿瘤。研究表明,以纳米活性炭作示踪剂可以有效增加结肠直肠癌患者淋巴结检测次数。活性炭纤维具有两种特性:一是吸附性能;二是远红外放射性能。将银吸附在活性炭纤维上,用于治疗慢性创面患者,在接受治疗的数月内伤口没有任何不良反应。有学者以椰壳活性炭为载体负载加替沙星,结果表明,其对加替沙星负载能力较好,可以用作加替沙星的缓释载体。对选用扑热息疼和布洛芬作为模型药物,采用活性炭作为药物载体的研究表明,活性炭颗粒表现出非常低的细胞毒性,该研究为活性炭作为无定型药物载体提供了支持。有学者单纯利用每日两次直肠局部注入高活性粒状活性炭来治疗简单的慢性肛瘘,结果表明,这种治疗方法效果良好、安全性高,并且相较于其它治疗方法,病人更容易接受,为慢性肛瘘的治愈提供了新的策略。
(7)用于超级电容器电极
超级电容器主要由电极活性材料、电解液、集流体和隔膜等部分组成,其中电极材料直接决定着电容器性能的高低。活性炭具有比表面积大、孔隙发达及容易制备等优点,成为了超级电容器最早应用的碳质电极材料。可通过对传统活性炭的改性,制备新型及高性能的活性炭电极材料。以聚偏二氯乙烯为前驱体,只通过炭化处理而无需其它后处理制备出比表面积1200m2·g-1、孔容0.48cm3·g-1的多孔炭,其最高比电容为262F·g-1,电极密度在0.8g·cm-3左右,体积比电容可达214F·cm-3,是一种有发展前途的超级电容器电极材料。另有研究将废弃茶叶炭化后再用KOH活化,制备了具有无定型特征的活性炭,其具有比表面积介于2245~2184m2·g-1的多孔结构,用其作为超级电容器电极,以KOH水溶液作为电解液,比电容高达330F·g-1,充电放电2000次后电容略有下降,为初始电容的92%,表现出良好的循环性能。若使用莲花花粉作为碳源和自模板,CO2为活化剂制备活性炭微粒,制备的活性炭具有三维纳米网格骨架构成的多孔空心结构,将这种特殊的活性炭用作超级电容器电极,其比电容高达 244F·g-1,充电放电10000次后电容无衰减。
(8)用于储氢
常用储氢方法有高压气态储氢、液化储氢、金属合金储氢和有机液体氢化物储氢、炭材料储氢等,其中炭材料主要有超级活性炭、纳米碳纤维以及碳纳米管等,而超级活性炭因为原料丰富、比表面积大、表面化学性能修饰、储氢量大、解吸速度快、循环使用寿命长以及容易产业化受到广泛关注。有学者利用 CO2活化模板制备多孔碳,获得了微孔介于0.7~1.3nm、中孔介于2~4nm、比表面积2829m2·g-1、孔容2.34cm3·g-1的超级活性炭材料,其在室温298K、中等压强8MPa条件下,对氢的吸附量可达0.95%。
21世纪以来,类似于金属-有机框架的多孔固体材料为氢的吸收储存开辟了新的发展方向。有学者在温和条件下将活性炭引入到金属-有机框架材料中,合成了具有高比表面积的活性炭-金属-有机框架混合材料,在77K、10 MPa条件下,对氢的吸附量从8.2%提高到了13.5%。控制超级活性炭制备工艺,得到适宜储氢的比表面积和孔径大小及分布,进而进行表面修饰,在室温及中等压强下,提高储氢量是超级活性炭储氢研究及应用的关键。
(9)用于烟气治理
活性炭材料在脱硫脱硝过程中,因其处理效果好、投资运行费用低、实现资源化、且易于再生利用等优点而引人注目,但是,单一的活性炭脱硫,速度慢,效率低。在提高活性炭脱硫的性能的过程中,改性活性炭引起重视,它能克服普通活性炭的某些缺点和限制,被认为是最有前景的脱硫剂之一;另有研究表明,以亚铁盐和铜盐配方处理的活性炭对氨有很好的吸附性能。
(10)其他应用
在活性炭各种应用中,国家标准 《活性炭分类和命名》 的附录 A 中, 提供了不同类型活性炭主要用途对照表,该对照表,对指导不同用户选取不同类型的活性炭及其应用提供了方便,详见下表:
制造原材料分类
产品类型
用途
煤质活性炭
柱状煤质颗粒活性炭
气体分离与精制、溶剂回收、烟气净化、脱硫脱硝、水质净化、污水处理、催化剂载体等
破碎状煤质颗粒活性炭
气体净化、溶剂回收、水体净化、污水处理、环境保护等
粉状煤质活性炭 水污染应急处理、垃圾焚烧、化工脱色、烟气净化等
 
球形煤质颗粒活性炭
炭分子筛、催化剂载体、防毒面具、气体分离与精制、军用吸附等
 
木质活性炭
柱状木质颗粒活性炭
气体分离与精制、黄金提取、水质净化、食品饮料脱色等
破碎状木质颗粒活性炭
净化空气、溶剂回收、水质净化、味精精制、乙酸乙烯合成触媒等
 
粉状木质活性炭
水体净化、注射针剂脱色、糖液脱色、味精及饮料脱色、药用等
 
球形木质颗粒活性炭
炭分子筛、血液净化、饮料精制、气体分离、提取黄金等
 
合成材料活性炭
柱状合成材料颗粒活性炭
气体分离与净化、水体净化、烟气净化、污水处理、环境保护等
破碎状合成材料颗粒活性炭
净化空气、脱除异味、环境保护、上水与污水处理等
 
粉状合成材料活性炭
水质净化、垃圾焚烧、化工脱色、烟气净化等
 
成形活性炭
净水滤芯、净水滤棒、净空蜂窝体、环境保护、过滤吸附等
 
应用行业
(1)水处理行业
活性炭作为一种环境友好型吸附剂,具有较强的吸附性和催化性能,原料充足且安全性高,耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点,对水中溶解的有机污染物如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力,而且对用生物法和其他化学法难以去除的有机污染物,如色度、亚甲基蓝表面活性物质、除草剂、杀虫剂、合成染料及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果;此外,活性炭对电镀废水和冶炼工业废水中的重金属也有较强的吸附能力;对水质浑浊有明显的澄清作用,可以除去水中的异臭、异味,对细菌也有极好的过滤作用。因此,活性炭在水处理中越来越受到重视。但是,由于普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附选择性能差等特点,加上其表面官能团及电化学性质的一些限制,使其对污染物的吸附去除作用有限,远远不能满足国内外市场的要求。因此,有必要对其结构和性质进行改性,以增大其吸附能力,缓解水污染压力。
目前,改性活性炭材料被广泛用于污水处理领域,在水环境污染治理方面越来越显示出其诱人的美好前景。
(1)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:
①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1~3mg/L。
②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。
③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。
④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。
⑤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。
⑥设备紧凑、管理方便。
(2)饮用水深度处理
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。
(2)其他行业
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
对NO、NOx等有害气体的吸附——锅炉尾部烟道
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、提纯、除臭、香烟滤嘴
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
我国的煤炭燃烧过程中排放出的 SO2和 NOx 是主要的大气污染物,而改性后活性炭材料的脱硫、脱硝处理效果好,投资运行费用低,且易于再生利用等优点而引起人们的关注。
家用
活性炭吸附法去除室内污染是应用最广泛、最成熟、最安全、效果最可靠、吸收物质种类最多的一种方法。活性炭作为一种优良的物理、化学吸附剂,越来越受到人们的重视。
高效环保活性炭包能够吸附空气中的甲醛、氨、苯、二甲苯、氡等室内所有有害气体分子,快速消除装修异味,均匀调节空间湿度,对于居室、家具衣橱、书柜、鞋柜、鞋内、冰箱、卫生间、地板、鱼缸、汽车、空调、电脑、办公、宾馆及娱乐场所,都有 很好的效果,它是甲醛的克星,杀毒的专家。
空气净化:用活性炭摆放在室内有效的吸收空气中含有的甲醛二甲苯等有害物质(特别是新装修的房子)。
家具去异味:活性炭可适用于新买的家具放于橱柜抽屉冰箱中,也可放在鞋子里面除臭味。
汽车除味:新车一般都含有很多的有害物质难闻刺鼻的气味,用活性炭可以有效的去除。
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。
用途
(1)用于液相吸附类活性碳
·自来水,工业用水,电镀废水,纯净水,饮料,食品,医药用水净化及电子超纯水制备。
·蔗糖、木糖、味精、药品、柠檬酸、化工产品、食品添加剂的脱色、精制和去杂质纯化过滤 
·油脂、油品、汽油、柴油的脱色、除杂、除味、酒类及饮料的净化、除臭、除杂
·精细化工、医药化工、生物制药过程产品提纯、精制、脱色、过滤。
·环保工程废水、生活废水净化、脱色、脱臭、降COD
(2)用于气相吸附类活性碳
·苯、甲苯、二甲苯、丙酮、油气、CS2等有机溶剂吸附与回收。
·香烟过滤嘴、装修除味、室内空气净化(甲醛,苯等的去除),工业用气的净化(如CO2、N2等)
·石化行业生产、天然气净化、脱硫、除臭、废气的治理
·生化、油漆工业、地下场所、皮革工厂、动物饲养场所的空气净化、脱臭。
·烟道气的臭气吸附、硫化物吸附,汞蒸汽的去除,降低戴奥辛的生成。
(3)用于高要求领域活性碳
·催化剂及催化剂载体(钯炭催化剂、钌炭催化剂、铑炭催化剂、铂炭催化剂),贵重金属催化剂及合成金刚石、黄金提取。
·血液净化、汽车炭罐、高性能燃料电池、双电层超级电容器、锂电池负极材料、贮能材料、军事、航天等高要求领域。
 

九、检测与鉴别

鉴别方法
1、 直接看厂家提供的指标。活性炭常用吸附指标主要有:碘吸附值、四氯化碳(CTC)吸附值、亚甲蓝吸附值,碘吸附值用来表示活性炭对液体物质的吸附能力,四氯化碳吸附值用来表示活性炭对气体物质的吸附能力,亚甲蓝吸附值是用来表示活性炭脱色能力的。这三种指标越高,表明活性炭的吸附能力越强。因此大家在购买活性炭时可根据自己的使用情况结合厂家提供的这些指标来选购适合自己用途的活性炭。
2、看体积:同样12包*50g=1盒为什么侨波活性炭要比别家的体积大呢?上面已经介绍过了,要想提高活性炭的吸附性能,只有尽可能多地在活性炭上制造孔隙结构,孔隙越多,活性炭越酥松,相对密度也就会越轻,因此好的活性炭手感上会比较轻,在同等重量包装的情况下,性能好的活性炭会比劣质活性炭体积大许多。
3、看脱色能力。活性炭吸附能力的另一个表现就是脱色能力,活性炭具有能将有色液体变成浅色或无色的神奇能力,这其实就是因为活性炭吸附了有色液体里的色素分子的原因造成的。正因为活性炭的这种特性,被广泛应用于制糖工业领域中红糖变白糖的生产过程中。取两只透明杯子,在一只杯子里放入纯净水,然后滴入一滴红墨水(这里可以用任何一种便于观察但不改变水的性质的色素都可以,例如蓝墨水、打印机彩色墨水,但不能使用墨汁和碳素墨水),搅拌均匀后将一半有色水倒入另一个杯子中留作对比样。将活性炭放入有色水中,数量应达到水的一半或更多,这样效果会比较明显,静置10—20分钟后与对比水样进行对照,在同等条件下,脱色效果越强说明活性炭吸附性越好。
质量鉴别
(1)直接看厂家提供的指标
把活性炭放置在水中,如果它产生一连串小气泡,并且有气泡声,那就说明这个活性炭的吸附能力强,质量特别好。
(2)把活性炭放在手中,感受其重量
优质的活性炭是吸附能力强的活性炭,而吸附能力强的活性炭必须具有很多孔隙,以方便吸取空气中的有害物质,因此优质的活性炭手感会比较轻。如果你所选购的活性炭特别重,那就说明它的吸附能力不强。
(3)把活性炭放置在有色液体里,看液体颜色是否会变浅
优质的活性炭有极强的吸附能力,可以让有色液体的颜色变浅甚至变为无色,所以业主在选购活性炭时,可以用样品试验一下,将活性炭放置到一瓶滴有黑墨水的液体中,放置20分钟后,看黑色液体的颜色是否会变淡,颜色变得越淡,活性炭的吸附能力就越强。
椰壳活性炭的鉴别
选用优质绿色环保的椰子壳为原料,经过高温活化及特殊孔径调节工艺处理,外观呈黑色颗粒状。它的孔隙结构发达,是普通活性炭的5倍,其比表面积为1500m2/g(一般活性炭比表面积为700m2/g),特别是孔结构与众不同,孔隙直径大于0.45nm且小于2nm微孔占总数90%以上。
因椰壳活性炭比煤质活性炭成本高许多,而且成品活性炭材质一般不容易被普通大众所识别。市场上常有不法销售商利用消费者无法识别材质的弱点,用 煤质活性炭假冒椰壳活性炭销售,不管是民用还是工业用领域,此现象都较为严重。
1、椰壳活性炭属于果壳活性炭类别,其主要特点是密度小、手感轻,拿在手里的重量 明显比煤质活性炭轻。相同重量的活性炭,椰壳活性炭体积一般大于煤质活性炭。
2、椰壳活性炭形状一般为破碎颗粒状、片状,而成型活性炭,如柱状、多为煤质炭,球状、多为泥炭。
3、因椰壳活性炭密度小,手感轻,因此可以将活性炭放到水里,煤质炭一般沉底较快,而椰壳活性炭浮在水中的时间更长,随着活性炭吸附水分子达到饱和,加重自身重量才会逐步全部沉入水底,当活性炭全部沉底后,会看见每颗活性炭外面都包裹着一个小气泡,晶莹剔透,非常有趣。
4、椰壳活性炭为小分子孔隙结构,将活性炭放到水里,其吸附水分子时所排空气会产生许多非常细小的水泡(肉眼刚好能看见),密密麻麻的不停浮向水面。而煤质活性炭孔隙结构可控,所产生的气泡也大小不同。
5、碘值:碘值是活性炭的一个性能参数,果壳、竹炭、煤制的碘值都在几百,活性炭原料碘值从800、850、900、950、1000、1100mg/g等多种,吸附能力也不同,成本价格也不同,同碘值的活性炭也只有椰壳的效果最好。
参数标准
颗粒活性炭
参考值
柱粒活性炭
参考值
碘值
≥950(mg/g)
碘值
≥850(mg/g)
苯吸附
≥450(mg/g)
   
比表面积
900-1100㎡/g
比表面积
500-900㎡/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%
柱状炭
木质柱状活性炭合格品典型指标:
CTC 吸附值
%
100-140%
苯吸附Benzene adsorption
%
45-65%
碘吸附值Iodine adsorption
Mg/g
1100-1300
比表面积 Surface area
㎡/g
1400~2400
表观密度 Bulk density
g/ml
0.33~0.38
着火点Ignition temperature
400~450
强 度Hardness
%
95-99.9%
灰 分Ash
%
3-6
水 分Moisture content
%
5
粒 度 Particle size
mesh
2,3,4mm
煤质炭
煤质柱状活性炭物理、化学性能分析(GB/T 7701.7-1997)
分析项目
测试数据
分析项目
测试数据
碘值
≥850mg/g
机械强度
≥90%
比表面积
500-900㎡/g
水分
≤10%
充填密度
0.45-0.55g/cm
PH值
按要求生产
苯吸附
≥400mg/g
亚甲蓝值
≥8ml/g
 

十、再生

再生原理
活性炭再生,是指用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下,去除吸附于活性炭微孔的吸附质,恢复其吸附性能的过程。活性炭吸附过程中,对吸附质和溶剂都有吸附作用,因亲和力的不同,经过一定时间的吸附,达到吸附平衡。活性炭再生就是要采取办法破坏这种平衡关系,其依据主要为以下几个方面:①改变吸附质的化学性质;②用对吸附质亲和力强的溶剂萃取;③用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来,然后再使置换物质脱附,活性炭得到再生;④用外部加热、升高温度的办法改变平衡条件;⑤用降低溶剂中溶质浓度(或压力)的方法再生;⑥使吸附物(有机物)分解或氧化而除去。
再生方法
(1)热再生法
热再生法是应用最多,工业上最成熟的活性炭再生方法。活性炭热再生法始于20世纪初,当时是采用回转炉对骨炭进行再生;30年代开始引用多层炉;40~50年代再生炉技术已基本成熟;70年代活性炭开始大量应用于水处理领域。热再生法的原理是在加热条件下,使被吸附的有机物以解析、炭化、氧化的形式从活性炭基质上消除。
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800~900°C,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。
(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。
(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230°C,再生时间1h,充氧pO20.6MPa,加炭量15g,加水量300mL。再生效率达到(45±5)%,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:⑴再生过程中活性炭损失往往较大;⑵再生后活性炭吸附能力会有明显下降;⑶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。
(4)微波辐射再生法
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,在微波加热使有机物脱附过程中,是否有其它的中间产物产生等问题还有待于进一步研究。
(5)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1.47×10-4m/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。
(6)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。
(7)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
(8)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2~3℃。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。
(9)催化湿式氧化法
传统湿式氧化法再生效率不高,能耗较大。再生温度是影响再生效率的主要原因,但提高再生温度会增加活性炭的表面氧化,从而降低再生效率。因此,人们考虑借助高效催化剂,采用催化湿式氧化法再生活性炭。同济大学水环境控制与资源化研究国家重点实验室的科研人员正在开展此方面的研究。随着可持续发展观念的深入人心,活性炭再生工艺与技术日益得到人们的重视。一些传统的活性炭再生技术与工艺在近几年有了新的改进与突破。同时新再生技术也在不断涌现。虽然这些新兴技术在工艺路线上还不成熟,目前尚无法投入工业使用。但它们的出现为活性炭的再生带来了新思路与新探讨。
 

十一、实验室制备方法

试剂与仪器
试剂:氯化锌,盐酸
仪器:马弗炉,电动振荡器,干燥箱,200目筛。
制备工艺
先将花生壳洗净、烘干、粉碎,与一定浓度的氯化锌溶液按一定的料液比混合,充分搅拌后,放置14h后,将料液移至坩埚中放在马弗炉中烧制活化,冷却,用1%稀盐酸洗涤,再用蒸馏水洗涤至pH值为5-7,烘干,研磨,用200目筛筛分,即得产品。
活化温度和活化时间是最主要的影响因素。经优化的料液质量比1:2.5,ZnCl2 质量分数60% ,活化温度600℃,活化时问90min。 
 

十二、工业制备方法

【加工品原料类别】花生壳
【加工产品名称】活性炭
【加工技术】花生壳制取活性炭。
【原料制备】将花生壳洗净,晾干,粉碎,过40目筛备用。购买聚乙烯珠状物料备用。
【产品名称】活性炭。
【生产设备、仪器及药品】混合机、塑料模具、炭化炉、搅拌机、活化炉、木桶、试纸、120目筛、炒锅、氢氧化钠、甲醛、氯化锌、盐酸、氯化铵、苯乙烯、己烷、硬脂酸钙、滑石粉。
【工艺流程】备用料→炭化→冷却→活化→洗涤→翻炒→烘干→粉碎过筛→得活性炭成品。
【操作步骤】将备用料加入3倍量的44%氯化锌液(用盐酸调pH=1),充分搅拌浸渍,静置吸收5小时,再充分搅拌复静置吸收5小时,至氯化锌液全被吸收干,移入敞口平底炭化炉中密闭炭化,于400℃炭化3小时,隔30分钟左右彻底搅拌一次,搅拌前将炉温降至100℃以下,搅拌后再升温密闭炭化,直至变成黑焦,表明炭化完成,出料冷却,用2倍量的44%氯化锌液(pH=1)浸渍,充分搅拌,使氯化锌液全部被吸收,移入活化炉中,于650℃活化70分钟,出料冷却,移入木桶内,加入等量的40%氯化铵液,充分搅拌洗涤,静置澄清,虹吸出清液,依次用30%、12%和3%的氯化铵液搅拌洗涤,再用等量的30%盐酸搅拌洗涤,滤取炭粒,入锅,加入等体积的清水,煮沸洗涤几次,至洗涤无氯化铵为止,加热蒸发,搅拌翻炒,弃掉水分,烘干、粉碎,过120目筛,得活性炭,密封包装。
【注意事项】(1)盐酸和氢氧化钠为强酸强碱,甲醛为剧毒,操作时应穿戴防护衣、手套和口罩等,防止酸碱液灼伤。废弃酸碱溶液的处理与排放必须遵照国家有关规定,防止对环境造成污染。(2)炭化和活化过程中操作应注意高温,安全生产。
【效益分析】制取活性炭1吨,需耗花生壳4吨左右。 
 

十三、国家标准

活性炭国家标准:
1 GB/T 7702.10-2008 煤质颗粒活性炭试验方法 苯蒸气 氯乙烷蒸气防护时间的测定
2 GB/T 7702.6-2008 煤质颗粒活性炭试验方法 亚甲蓝吸附值的测定
3 GB/T 7702.7-2008 煤质颗粒活性炭试验方法 碘吸附值的测定
4 GB/T 7702.8-2008 煤质颗粒活性炭试验方法 苯酚吸附值的测定
5 GB/T 7702.9-2008 煤质颗粒活性炭试验方法 着火点的测定
6 GB/T 20449-2006 活性炭丁烷工作容量测试方法
7 GB/T 20450-2006 活性炭着火点测试方法
8 GB/T 20451-2006 活性炭球盘法强度测试方法
9 GB/T 13803.2-1999 木质净水用活性炭
10 GB/T 13803.1-1999 木质味精精制用颗粒活性炭
11 GB/T 13803.3-1999 糖液脱色用活性炭
12 GB/T 12496.4-1999 木质活性炭试验方法 水分含量的测定
13 GB/T 12496.5-1999 木质活性炭试验方法 四氯化碳吸附率(活性)的测定
14 GB/T 12496.16-1999 木质活性炭试验方法 氯化物的测定
15 GB/T 17665-1999 木质颗粒活性炭对四氯化碳蒸气吸附试验方法
16 GB/T 12496.12-1999 木质活性炭试验方法 苯酚吸附值的测定
17 GB/T 13803.4-1999 针剂用活性炭
18 GB/T 12496.9-1999 木质活性炭试验方法 焦糖脱色率的测定
19 GB/T 12496.19-1999 木质活性炭试验方法 铁含量的测定
20 GB/T 12496.10-1999 木质活性炭试验方法 亚甲基蓝吸附值的测定
21 GB/T 12496.13-1999 木质活性炭试验方法 未炭化物的测定
22 GB/T 12496.6-1999 木质活性炭试验方法 强度的测定
23 GB/T 12496.15-1999 木质活性炭试验方法 硫化物的测定
24 GB/T 12496.17-1999 木质活性炭试验方法 硫酸盐的测定
25 GB/T 12496.2-1999 木质活性炭试验方法 粒度分布的测定
26 GB/T 12496.20-1999 木质活性炭试验方法 锌含量的测定
27 GB/T 12496.7-1999 木质活性炭试验方法 PH值的测定
28 GB/T 12496.11-1999 木质活性炭试验方法 硫酸奎宁吸附值的测定
29 GB/T 12496.14-1999 木质活性炭试验方法 氰化物的测定
30 GB/T 12496.8-1999 木质活性炭试验方法 碘吸附值的测定
31 GB/T 12496.18-1999 木质活性炭试验方法 酸溶物的测定
32 GB/T 12496.1-1999 木质活性炭试验方法 表观密度的测定
33 GB/T 12496.21-1999 木质活性炭试验方法 钙镁含量的测定
34 GB/T 13803.5-1999 乙酸乙烯合成触媒载体活性炭
35 GB/T 12496.22-1999 木质活性炭试验方法 重金属的测定
36 GB/T 12496.3-1999 木质活性炭试验方法 灰分含量的测定
37 GB/T 7702.21-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--比表面积的测定
38 GB/T 7702.18-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--焦糖脱色率的测定
39 GB/T 7701.7-1997 高效吸附用煤质颗粒活性炭
40 GB/T 7702.20-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--孔容积的测定
41 GB/T 7702.9-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--着火点的测定
42 GB/T 7702.16-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--PH值的测定
43 GB/T 7702.15-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--灰分的测定
44 GB/T 7702.12-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--氯乙烷蒸气防护时间的测定
45 GB/T 7701.3-1997 触媒载体用煤质颗粒活性炭
46 GB/T 7702.19-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--四氯化碳脱附率的测定
47 GB/T 7702.11-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--苯蒸气防护时间的测定
48 GB/T 7702.2-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--粒度的测定
49 GB/T 7702.14-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--饱和硫容量的测定
50 GB/T 7702.1-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--水分的测定
51 GB/T 7702.10-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--防护时间的测定
52 GB/T 7701.5-1997 净化空气用煤质颗粒活性炭
53 GB/T 7701.6-1997 防护用煤质颗粒活性炭
54 GB/T 7702.22-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--穿透硫容量的测定
55 GB/T 7702.17-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--漂浮率的测定
56 GB/T 7702.8-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--苯酚吸附值的测定
57 GB/T 7702.6-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--亚甲蓝吸附值的测定
58 GB/T 7701.2-1997 回收溶剂用煤质颗粒活性炭
59 GB/T 7701.1-1997 脱硫用煤质颗粒活性炭
60 GB/T 7702.3-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--强度的测定
61 GB/T 7702.7-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--碘吸附值的测定
62 GB/T 7701.4-1997 净化水用煤质颗粒活性炭
63 GB/T 7702.5-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--水容量的测定
64 GB/T 7702.4-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--装填密度的测定
65 GB/T 7702.13-1997 煤质颗粒活性炭试验方法--四氯化碳吸附率的测定
66 GB/T 16143-1995 建筑物表面氡析出率的活性炭测量方法
67 GB/T 13805-1992 糖液脱色用活性炭
68 GB/T 13804-1992 木质净水用活性炭
69 GB/T 13803-1992 木质味精精制用颗粒活性炭
70 GB/T 12496.20-1990 木质活性炭检验方法--PH值
71 GB/T 12496.12-1990 木质活性炭检验方法--酸溶物
72 GB/T 12496.17-1990 木质活性炭检验方法--未炭化物含量
73 GB/T 12496.1-1990 木质活性炭检验方法--焦糖脱色力
74 GB/T 12496.19-1990 木质活性炭检验方法--粒度
75 GB/T 12496.10-1990 木质活性炭检验方法--钙镁含量
76 GB/T 12496.13-1990 木质活性炭检验方法--重金属含量
77 GB/T 12496.5-1990 木质活性炭检验方法--苯酚吸附值
78 GB/T 12496.7-1990 木质活性炭检验方法--碘吸附值
79 GB/T 12496.9-1990 木质活性炭检验方法--氯含量
80 GB 12495-1990 活性炭型号命名法
81 GB/T 12496.3-1990 木质活性炭检验方法--乙酸吸附值
82 GB/T 12496.18-1990 木质活性炭检验方法--充填密度
83 GB/T 12496.16-1990 木质活性炭检验方法--氰化物含量
84 GB/T 12496.15-1990 木质活性炭检验方法--硫化物含量
85 GB/T 12496.22-1990 木质活性炭检验方法--强度测定
86 GB/T 12496.6-1990 木质活性炭检验方法--硫酸奎宁吸附力
87 GB/T 12496.11-1990 木质活性炭检验方法--灼烧残渣
88 GB/T 12496.4-1990 木质活性炭检验方法--乙酸锌吸附值
89 GB/T 12496.14-1990 木质活性炭检验方法--锌盐含量
90 GB/T 12496.8-1990 木质活性炭检验方法--铁含量
91 GB/T 12496.21-1990 木质活性炭检验方法--干燥减量
92 GB/T 12496.2-1990 木质活性炭检验方法--亚甲基蓝脱色力
93 GB 10333-1989 车间空气中活性炭粉尘卫生标准
94 GB 7701.4-1987 净化水用煤质颗粒活性炭
95 GB 7702.5-1987 煤质颗粒活性炭水容量测定方法
96 GB 7701.5-1987 净化空气用煤质颗粒活性炭
97 GB 7702.12-1987 煤质颗粒活性炭对氯乙烷蒸气防护时间测定方法
98 GB 7702.9-1987 煤质颗粒活性炭着火点测定方法
99 GB 7701.2-1987 回收溶剂用煤质颗粒活性炭
100 GB 7701.6-1987 防护用煤质颗粒活性炭
101 GB 7702.14-1987 煤质颗粒活性炭硫容量测定方法
102 GB 7702.11-1987 煤质颗粒活性炭对苯蒸气防护时间测定方法
103 GB 7702.3-1987 煤质颗粒活性炭强度测定方法
104 GB 7702.10-1987 煤质颗粒活性炭有效防护时间测定总方法
105 GB 7702.13-1987 煤质颗粒活性炭对四氯化碳蒸气吸附率测定方法
106 GB 7702.7-1987 煤质颗粒活性炭碘吸附值测定方法
107 GB 7701.1-1987 脱硫用煤质颗粒活性炭
108 GB 7702.6-1987 煤质颗粒活性炭亚甲蓝吸附值测定方法
109 GB 7701.3-1987 触媒载体用煤质颗粒活性炭
110 GB 7702.2-1987 煤质颗粒活性炭粒度测定方法
111 GB 7702.1-1987 煤质颗粒活性炭水分测定方法
112 GB 7702.4-1987 煤质颗粒活性炭装填密度测定方法
113 GB 7702.8-1987 煤质颗粒活性炭苯酚吸附值测定方法
114 YC/T 223.2-2007 特种滤棒第2部分:复合滤棒活性炭一醋纤二元复合滤棒
115 MT/T 1011-2006 煤基活性炭用煤技术条件
116 MT/T 996-2006 活性炭丁烷工作容量的测试方法
117 MT/T 997-2006 活性炭吸附NH3穿透容量和穿透时间的试验方法
118 MT/T 998-2006 活性炭吸附SO2饱和容量的试验方法
119 MT/T 999-2006 活性炭水溶物的试验方法
120 HG/T 3922-2006 活性炭纤维毡
121 LY/T 1615-2004 木质活性炭 术语
122 DL/T 582-2004 火力发电厂水处理用活性炭使用导则
123 LY/T 1616-2004 活性炭水萃取液电导率测定方法
124 LY/T 1617-2004 双电层电容器专用活性炭
125 LY/T 1623-2004 木糖液脱色用活性炭
126 DIN EN 13649-2002 固定源辐射.单个气态有机化合物质量浓度的测定.活性炭
127 LY/T 1581-2000 化学试剂用活性炭
128 LY/T 1582-2000 柠檬酸脱色用活性炭
129 LY/T 1442-1999 醋酸乙烯合成触煤载体活性炭
130 HG/T 3491-1999 化学试剂 活性炭
131 JIS K1474 AMD 1-1999 活性炭的试验方法(修改件1)
132 LY/T 1400-1999 针剂用活性炭
133 LY/T 1331-1999 净水载银活性炭
134 LY/T 1281-1998 味精用粉状活性炭
135 DL/T 582-1995 水处理用活性炭性能试验导则
136 WJ 2284-1995 活性炭、浸渍炭测试用试验筛检定规程
137 WJ 2276-1995 活性炭、浸渍炭粒度测定仪检定规程
138 WJ 2285-1995 活性炭、浸渍炭试验用测定管检定规程
139 WJ 2283-1995 活性炭、浸渍炭强度测定仪检定规程
140 WJ 2249-1994 活性炭标准物质通用规范
141 WJ 2253-1994 浸渍活性炭标准物质通用规范
142 WJ 2250-1994 活性炭比表面积测定仪检定规程
143 WJ 2252-1994 活性炭、浸渍炭防护性能试验装置检定规程
144 EJ/T 824-1994 活性炭吸附氡子体Γ测量仪
145 LY/T 1125-1993 提取黄金用颗粒状活性炭
146 GJB 1468-1992 军用活性炭和浸渍活性炭通用规范
147 CB 1202-1991 含鱼推-3的废水处理规范 活性炭吸附法
148 ZB G13 001-1988 醋酸乙烯合成触媒载体活性炭
149 ZB G13 002-1988 针剂用活性炭
150 HG 3-1290-1980 活性炭
151 HG/T 3-1290-1980 化学试剂 活性炭
152 LY 216-1979 粉状活性炭
现行活性炭国家标准:
截止2009年12月15日,现行活性炭国家标准一共有54个。
 

十四、生产设备

《一步法生产活性碳的内热蒸汽转炉》
新活性炭专利型生产设备,为一种炭化、活化一步法生产活性碳的内热蒸汽转炉,包括炉体,其特征在于:所述炉体旋转时,其炉腔内前部为物料活化区,后部为物料碳化区,在炉体的物料活化区和物料碳化区内均设有蒸汽输入装置和空气输入装置,位于物料碳化区的空气输入装置与物料碳化区隔断连接,位于物料活化区的空气输入装置与物料活化区连通;位于物料碳化区的蒸汽输入装置与物料碳化区连通,位于物料活化区的蒸汽输入装置与物料活化区隔断连接。缩短了活性炭生产过程,降低了生产成本。
本专利一步法炭化、活化缩短了生产过程,能耗低、产品收率高、投资少、成本低。具有以下特点:
1、生产原料取材方便:可用任何果壳和木工下脚料做为生产原料。
2、生产成本低:活化过程产生的大量水煤气能够充分供给炭化、活化和余热锅炉使用且有剩余,生 产过程无需再加其他燃料和外接蒸汽,大大降低生产用燃料成本。
3、产品质量好:生产碘吸附值大于1150mg/g,亚甲基蓝兰吸值大于200mg/g的中高级性能活性炭 得率为13%-14%。
《外热、内热双功能活性碳生产装置》
新活性炭专利型生产设备,本专利节能环保、产品质量高,具有以下特点:
1、节能环保生产:利用先进的气体回收系统,使可燃气体充分燃烧和烟气二次回收利用,环保节能。 利用科学的蒸汽过热系统,将出料携带的大量热能进行回收过热水蒸气,供生产使用,实现了高 效节能。
2、温控均匀、产品得率高:该专利技术能够均匀分配和控制活化炉内的各段温度,确保产品活化合 理,得率高。
3、产品品质好:通过先进的工艺调试用,可合理调动硬件设施,实现产品合理活化,生产出多重技术 指标产品。
 

十五、粒径目与毫米的换算

换算
             
毫米
毫米
毫米
毫米
2.5
8.00
12
1.40
60
0.250
270
0.053
3
6.80
14
1.18
65
0.212
325
0.045
4
4.75
16
1.00
80
0.180
400
0.038
5
4.00
20
0.85
100
0.150
500
0.031
6
3.35
24
0.71
115
0.125
600
0.025
7
2.80
28
0.60
150
0.106
800
0.019
8
2.36
32
0.50
170
0.090
1000
0.015
9
2.00
35
0.425
200
0.075
1500
0.010
10
1.70
48
0.300
250
0.063
3000
0.005
 

十六、活性炭价格成本预算

活性炭采用木质或椰壳为原料,深度活化比表面积较大,因此活性炭内部孔丰富,密度轻,就像海绵内部有很多孔有良好的吸附性,一吨木质活性炭为2.7-3.5m3,煤质活性炭一吨不到2m3,说明他内部孔不丰富密度大。如果按立方算的话煤质活性炭并不便宜,还有活性炭吸附量和使用寿命上差距很大,所以活性炭价格不一定就能决定成本,不能光看吨价,还需算算活性炭体积才知道性价比。10m3活性炭=3吨木质活性炭=4.5吨椰壳炭=5.5吨煤质活性炭.
 

十七、注意事项

1、运输与装卸:活性炭在运输过程中,不得用铁钩拖拽,应防止与坚硬物质混装,不可强烈振动、磨擦、踩、砸,严禁抛掷,应轻装轻卸,以减少炭粒破碎,影响使用。
2、储存:应储存于阴凉干燥、尽可能防火的建筑内,防止内外包装袋破裂,防止受潮和吸附空气中其它物质,影响使用效果。严禁与有毒有害气体或易挥发物质混放,存放要远离污染源。不可与氧化剂混放;贮放处禁止明火,火花和吸烟。
3、严禁水浸:活性炭属于多孔性吸附类物质,所以在运输、储存和使用过程中,都要绝对防止水浸,因水浸后,水填充了活性孔隙,减少了活性炭比表面与气体的直接接触,严重影响使用效果。
4、防止焦油类物质:在使用过程中,应禁止焦油类粘稠物质进入活性炭床,以免堵塞活性炭孔隙或遮盖了活性炭展开表面,使气体不 能与活性炭展开表面接触,失去应用效果,如气体中含有此类物质,应在气体进入活性炭床前进行清除(最好有除焦设备)以达到好的应用效果。
5、防火:活性炭列入危险化学品名录,属自燃物品,编号42521,可燃的。着火后不会发生有焰燃烧,只是阴燃。活性炭燃烧时如果通风不足,会生成有毒的一氧化碳。活性炭在储存或运输时,防止与火源直接接触,以防着火。活性炭再生时避免进氧并再生彻底,再生后必须用蒸气冷却降至800℃以下,否则温度高,遇氧,活性 炭自燃。灭火剂:水、泡沫、二氧化碳、砂土、火场周围可用的灭火介质。
6、使用:装填时应先筛去因搬运产生的碎粒与粉尘。然后层层均匀铺开,不得从进料孔处直接倒入,以免使大小颗粒装填不均,最终造成气体偏流,影响使用效果。装填结束,开车前应先吹空,吹出活性炭表面粘附粉尘,避免开车后粉尘带入后工段而影响正常生产。
影响活性炭使用寿命的关键因素:使用环境中有害物质的总量大小以及脱附的频率。由于活性炭吸附有害气体的质量可以接近甚至达到其本身的质量,而在普通家庭空间空气中,有害气体的质量远远小于活性炭的使用量。因此,只要经常将活性炭放置在太阳下爆晒,能增加活性炭的寿命,使其使用期限更长。
7、安全需知:湿的活性炭需要从空气中除去氧,在安全密闭的容器内氧的消耗会造成有毒的环境,假如工人进到含有活性炭的容器内适当取样或低含氧空间作业,应遵守国家相关标准及作业规范。
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。
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,环球净水。

本文作者:董帝豪

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