活性炭

活性炭（Activated carbon，AC）有兩種應(yīng)用形式：

粉末炭（Powdered activated carbon，PAC）：粒徑為10—50mm，直接投入水體，不可回收；

粒狀炭（Granular activated carbon，GAC）：活性炭濾池，可以再生。

活性炭用量的70%-80%在凈水廠，粉末活性炭主要用于嗅味控制；粒狀炭目前主要作為一種生物載體，與臭氧聯(lián)用，可以有效控制水中的難生物降解有機(jī)物。

產(chǎn)品外觀：黑色多孔物質(zhì)，化學(xué)穩(wěn)定性好，可耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸及高溫。

活性炭的制備：

原料：含有碳的任何物質(zhì)，原料中灰分含量越少越好。

工藝：

（1）炭化（熱解），在隔絕空氣條件下對(duì)原料加熱，一般在600℃以下。作用有二：a）是使原材料分解放出水汽、CO、CO2和H2等氣體。B）使原材料分解成碎片，并重新集合成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

（2）活化，在有氧化劑的條件下，對(duì)炭化后的材料加熱，產(chǎn)生活性炭產(chǎn)品。氧化劑有蒸汽或CO2（氧化溫度800~900℃）和空氣（600℃以下）。

活性炭的性質(zhì)：

（1）物理性質(zhì):活性炭主要特征是比表面積大和發(fā)達(dá)的孔隙的構(gòu)造。單位質(zhì)量活性炭所具有的表面積稱為比表面積，活性炭由于其獨(dú)特的制造工藝而擁有巨大的比表面積，每1g炭的表面積可達(dá)1000m2?；钚蕴康目紫犊梢苑譃槿?，即微孔、中孔和大孔，不同孔徑的孔隙有利于吸附不同直徑分子。

其他的物理性質(zhì)：

粒度——影響吸附速度、回收利用等

密度——濕密度決定反沖洗參數(shù)。床密度決定吸附床尺寸和活性炭用量。

強(qiáng)度——影響磨損

灰分——優(yōu)質(zhì)活性炭的灰分比較低，一般在5%~8%。

（2）化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)主要指活性炭的表面性質(zhì),活性炭表面有復(fù)雜的含氧官能團(tuán)以及碳?xì)浠衔?，包括羧基、酚羥基、醚類、酯以及環(huán)狀過氧化物。根據(jù)相似相溶原理，具有弱極性、中性及非極性表面的活性炭對(duì)非極性的分子吸附能力強(qiáng)，對(duì)極性分子以及離子的吸附性能比較弱。根據(jù)活化條件（溫度、氧化劑）的不同，活性炭表面氧化物可以分成酸性和堿性兩大類，影響了活性炭對(duì)不同物質(zhì)的吸附性能。

（3）吸附性質(zhì)：表示活性炭吸附性質(zhì)的參數(shù)有：

1）碘值：在一定條件下活性炭吸附碘的量，一般表示活性炭對(duì)小分子物質(zhì)的吸附性能；

2）糖蜜值：表示對(duì)大分子物質(zhì)的吸附性能。

3）亞甲蘭值：用來鑒定活性炭對(duì)半徑2~100nm吸附質(zhì)分子的吸附能力。

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活性炭分類：

活性炭有多種分類方法，常見的分類方法及稱謂簡述如下：

1、按外觀形狀進(jìn)行分類。一般分為五種。

    （1）粉狀活性炭。

    一般指粒徑小于150μm（即0.15mm，對(duì)應(yīng)的中國標(biāo)準(zhǔn)篩目為100目）的活性炭產(chǎn)品，在我國，有時(shí)將粒徑小于0.3mm（60目）的產(chǎn)品亦劃入粉狀活性炭范疇。

    （2）顆?；钚蕴?。

    粒度分布＞100目（我國的企業(yè)多采用＞60目）的活性炭，根據(jù)外形的不同，顆?；钚蕴坑挚煞譃閳A柱狀炭、破碎狀炭（分壓塊/壓片破碎炭和直接破碎炭兩類）、球形炭和中空微球炭幾種。

    （3）纖維狀活性炭，又稱為活性炭纖維。

    以纖維狀含碳物質(zhì)制成，又分為絲狀、布狀及氈狀等幾種。

    （4）蜂巢狀活性炭，或稱蜂窩活性炭。

    （5）活性炭成型物，又稱為復(fù)合型活性炭。

    選擇紙、無紡布、海綿、甚至蜂窩陶瓷等作基材，將活性炭粘附其上制成的各種形狀、具特殊功能的復(fù)合型吸附材料。

2、按制造原料分類。一般有六種。

    （1）煤質(zhì)活性炭，又稱煤基活性炭。

    系用各種原煤通過不同工藝制造的一大類活性炭產(chǎn)品的統(tǒng)稱。煤質(zhì)活性炭根據(jù)制造工藝的不同又可分為成型炭和原煤直接破碎炭兩類。前者又可進(jìn)一步細(xì)分為濕法成型炭（如加焦油、造紙黑液、淀粉糊等液態(tài)粘合劑制造的柱狀炭、球炭、蜂窩炭等）和干法成型炭（如加入固體狀瀝青、淀粉、樹脂粉等作粘合劑采用對(duì)輥成型工藝制成的壓塊、壓片、壓丸破碎炭或具規(guī)則外形的壓丸狀活性炭）。一般來說，成型炭可采用多種原煤混合來調(diào)整最終產(chǎn)品的孔隙分布特性，從而獲得一些特殊的應(yīng)用性能，而原煤直接破碎炭的孔隙分布特征80%以上已由原料決定了，故性能和用途較單一。

    （2）木質(zhì)活性炭。

    系用各種硬質(zhì)木材、農(nóng)作物廢料、以及其它含木質(zhì)纖維素的工農(nóng)業(yè)廢料為原料，通過化學(xué)法、物理法或物理–化學(xué)結(jié)合法制成的活性炭。

    （3）果殼/果核類活性炭。

    如椰殼炭、杏核炭、桃核炭等。

    （4）石油系活性炭。

    用石油瀝青、石油焦等作原料，制成的活性炭產(chǎn)品。

    （5）樹脂類活性炭。

    用酚醛樹脂、廢的離子交換樹脂等為原料，經(jīng)特殊工藝制得的活性炭產(chǎn)品，有時(shí)將纖維炭亦歸入此一類型中。

    （6）其它的小品種活性炭產(chǎn)品。

    包括用動(dòng)物血液制成的血炭，用動(dòng)物骨骼制成的骨炭（但骨炭中碳元素非常少，主要成分為羥基磷酸鈣），用各種原料制成的分子篩活性炭，用強(qiáng)堿與含碳原料制造的高表面積活性炭，采用有機(jī)高分子溶液經(jīng)特殊工藝制成的鑄型法活性炭，碳?xì)饽z活性炭等等。其中有些是生產(chǎn)量和用量很小，有些還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，故一并歸入小品種活性炭產(chǎn)品范疇。

3、按制造方法進(jìn)行分類。一般分為兩種。

    （1）化學(xué)藥品活化法活性炭。

    多采用氯化鋅、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉等作活化劑。

    （2）氣體活化法活性炭。

    多數(shù)采用水蒸汽活化法，有時(shí)采用二氧化碳和空氣活化。大生產(chǎn)中，實(shí)際上是這三種活化氣體的混合活化過程。

4、按用途分類。一般分為三種。

    （1）氣相吸附活性炭。

    可用于排氣處理、空氣凈化、溶劑回收、氣體分離、脫臭、脫硫脫硝、工業(yè)原料氣體精制、氣相色譜填充劑、空氣采樣器、保鮮、臭氧脫除、香煙濾咀、天然氣吸附貯存、軍用和民用防毒面具等。

    （2）液相吸附活性炭。

    自來水處理、純凈水制造、工業(yè)及生活污水的深度處理、脫色精制、血液凈化、黃金回收、雙層電容器電極用、藥用炭等。

    （3）觸媒（催化劑）用活性炭。

    既可直接用作某此工業(yè)過程的催化劑（如光氣合成、醋酸乙烯的合成等），更多的時(shí)候活性炭是用作催化劑的載體（如擔(dān)載貴金屬鉑、銠、鈀、釕、金等制成的鉑炭、鈀炭催化劑等）。

活性炭的電鏡分析照片：

活性炭吸附的應(yīng)用:

活性炭吸附是去除水的臭味、天然和合成溶解有機(jī)物、微污染物質(zhì)等的有效措施。大部分比較大的有機(jī)物分子、芳香族化合物、鹵代烴等能夠牢固吸附在活性炭表面上或孔隙中，并對(duì)腐植質(zhì)、合成有機(jī)物和低分子量有機(jī)物有明顯的去除效果。實(shí)踐證明，活性炭可降低總有機(jī)碳TOC，總有機(jī)鹵化物TOX和總?cè)u甲烷TTHM等指標(biāo)。

1）臭和味的去除，污染嚴(yán)重的水體中存在競爭吸附的問題；

2）TOC的去除，一般可以達(dá)到20%~30%；

3）消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物的去除，混凝、吸附配合，與有機(jī)物分子量分布有關(guān)；

4）揮發(fā)性有機(jī)物的去除，可以用粒狀活性炭濾池；

5）人工合成有機(jī)物的去除。

活性炭的再生方法：

熱再生法、化學(xué)藥劑再生法、化學(xué)氧化、生物、濕式氧化、超聲波再生法等。常用的是熱再生法。

熱再生過程：

a. 干燥，溫度一般控制在200℃，同時(shí)去除揮發(fā)性物質(zhì)；

b. 升溫至200~500℃，大部分揮發(fā)性有機(jī)物被去除，一部分不穩(wěn)定的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性組分；

c. 再升溫，不揮發(fā)性有機(jī)物炭化；

d. 最后，蒸汽和熱解的氣體產(chǎn)物從炭粒的孔隙中排出

再生時(shí)活性炭有損耗，原因是部份活性炭在再生過程中被氧化，也有一部份是運(yùn)輸中的損耗。在現(xiàn)場就地再生時(shí)，損耗約5％，集中再生時(shí)損耗約為10%～15%。