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活性炭的性质与应用范围

来源:活性炭的性质与应用范围 发布于:2021-10-12 09:07   浏览:
化学药剂活化法多用氯化锌作为活化剂。主要利用氯化锌在高温下对植物原料中的纤维素起润胀、脱水、侵蚀和溶解作用,而使其形成孔隙,达到活化的目的。氯化锌法一般能制得过渡孔比较发达的活性炭,适用于糖色等大分子杂质的去除。用氯化锌法制造活性炭时,锌屑比(无水氯化锌与绝干木屑重量之比)对制得活性炭的孔隙大小有很大影响,锌屑比大时,可以制得过渡孔较发达的活性炭;锌屑比小时,可以制得微孔较发达的活性炭。几乎所有的含碳物质都可以经过不同的工序制成活性炭。
林业和农业植物原料,包括木炭、木屑、果核、果壳等(其中木屑和木炭是传统原料,椰子壳是最佳原料);矿物原料,包括煤、石油沥青、石油焦炭等;城市含炭废料,主要指水解木质素、浸提栲胶后的浅渣、制浆废液、废橡胶和塑料等。
活性炭的制造工艺主要有气体活化法和化学药剂活化法。气体活化法可以制造粉状活性炭,也可以制造颗粒炭。制造粉状炭一般用小炭粒进行活化,然后将活化炭磨碎成粉状;制造颗粒炭则用炭质较硬的炭粒(如果壳炭)或炭粉加粘结剂成型得到的炭粒进行活化制造活性炭。
一般用氯化锌作活化剂,多用来制造粉状活性炭,也能制得颗粒活性炭。制造粉状活性炭的设备常用平板炉和回转炉,制造方法是将木屑用一定浓度(一般糖用炭为50~57°Be′/60℃,药用炭为45~47°Be′/60℃)的氯化锌溶液浸渍,然后进行炭化和活化。活化温度一般在600℃以下,活化料进行回收氯化锌、漂洗、离心脱水、干燥和磨碎即可制得粉状活性炭。氯化锌法的产品得率比气体活化法高,能在较低温度下进行活化,通过工艺上的调整可以生产出性质不同的活性炭。但在生产过程中容易造成气相和水质污染,必须对废气和排水进行环保处理。
活性炭属无定形碳,虽然它们不具有金刚石和石墨那样的结晶结构,但是,从X射线的衍射中已经查明,它们的结构中含有基本微晶。基本微晶是由几层碳原子呈六角形排列的网状结构不规则的互相重叠组成的。在活性炭中除了基本微晶以外,还有未组成平行层的单个网平面和无规则的碳,如脂肪链状结构的碳,附着在芳族结构边缘上的碳等。活性炭的元素组成除了碳元素以外,还有以化学结合形式存在的氢、氧等,和以灰分形式存在的许多元素,活性炭的表面还有酸性的和碱性的表面氧化物和官能团。


 
活性炭最重要的性质是吸附性质。活性炭是多孔物质,含有大量的孔隙,其中有半径在20埃以下的微孔,半径为20~1000埃的过渡孔和半径为1000~20000埃的大孔。由于各种活性炭的孔隙大小不同和含有不同性质的表面氧化物及官能团,因此,吸附性能各不相同,并具有选择吸附的能力。例如糖用活性炭具有较多的过渡孔、对大分子的糖色杂质有较好的吸附力,而具有较多微孔的活性炭适用于气相吸附和小分子杂质的去除。粉状活性炭的主要质量指标:对0.15%亚甲蓝的脱色力为8~14毫升/0.1克活性炭,对A法或B法焦糖色的脱色力为90~100%,总铁量不大于0.05~0.10%,氯化物含量不大于0.2~0.25%,pH值3~9,灼烧残渣不大于3~8%,干燥减量不大于10%。
活性炭的应用范围非常广泛,在气相吸附中,用于从废气中除去有害气体,环境保护中的空气净化,回收溶剂,排烟脱硫,原子辐射的防护和除去原子能设施中逸出的核裂变放射性物质和放射性碘、氪、氙等。在液相吸附中,用于食品工业中的葡萄糖、饴糖、食糖、乳制品、食用油、果汁饮料、酒类、食品添加物如味精、柠檬酸、琼脂、果胶和其他食品的精制净化;医药工业中各种药物和针剂的净化精制;化学工业中各种化学药品、工业用油剂等的精制、净化和回收;废水处理,用水处理;合成纤维工业、石油精制等,以及用作催化剂和催化剂载体等。
在世界范围内,对颗粒活性炭的需求增长较快,特别是环境污染问题随着工农业生产的发展越来越突出,对废水和废气处理用活性炭的需求日益增大,将促进活性炭工业的发展。

本文作者:董帝豪

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