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1、活性炭概述活性炭是一种多孔性的含炭物质，它具有高度发达的孔隙构造， 是一种极优良的吸附剂，每克活性炭的吸附面积更相当于八个网球 埸之多.而其吸附作用是藉由物理性吸附力与化学性吸附力达成. 其鲍成物质除了炭元素外，尚含有少量的氢、氮、氧及灰份，其结构 则为炭形成六环物堆积而成。由于六环炭的不规则排列，造成了活 性炭多微孔体积及高表面积的特性。活性炭可由许多种含炭物质制成，这些物质包括木材、锯屑、煤、 焦炭、泥煤、木质素、果核、硬果壳、蔗糖浆粕、骨、褐煤、石油残 渣等。其中煤及椰子壳已成为制造活性炭最常用的原烂。活性炭的制 造基本上分为两过程，第一过程包括脱水及炭化，将原料加热，在 170至600
2、C的温度下干燥，业使原有的有机物大的80%炭化。第 二过程是使炭化物活化，这是经由用活化剂如水蒸汽与炭反应来完成 的，在吸热反应中主要产生由CO及H2组成的混合气体，用以燃烧加 热炭化物至适当的温度（800至1000C），以烧除其中所有可分解的 物质，由此产生发达的微孔各吉构及巨大的比表面积，因而具有很强的 吸附能力。活性炭的孔隙按孔径的大小可分舄三类。大孔：半径1000 - 1000000 A。过渡孔：半径20 - 1000 A。微孔：半径-20 A。由不同原料制成的活性炭具有不同大小的孔径。由椰壳制的活性 炭具有最小的孔隙半径。木质活性炭一般具有最大的孔隙半径，它们 用於吸附较大的分子，业
3、且几乎专用于液相中。在都市备合水处理领域 中使用的第一种类型之粒状活性炭即是用木材制成的，称为木炭。煤 质活性炭的孔隙大小介於两者之间。在煤质活性炭中，褐煤活性炭比无烟煤活性炭具有较多的过渡孔 隙及较大的平均孔径，因此能有效地除去水中大分子有机物。一般在水处理中使用的活性炭，其表面积不一定过大，但是应具 有较多的过渡孔隙及较大的平均孔彳密。日本市埸售一些液相用的活性 炭具有以下特性：比表面积为850至1000m2/g，孔隙容积为0.88至 1.5ml/g，平均孔隙半径舄40至50A活性炭过滤原理活性炭的吸附能力与水温的高低、水质的好坏等有 一定关系。水温越高，活性炭的吸附能力就越强；若水 温高
4、达3 0 P以上时，吸附能力达到极限，并有逐渐降 低的可能。当水质呈酸性时，活性炭对阴离子物质的吸 附能力便相对减弱；当水质呈碱性时，活性炭对阳离子 物质的吸附能力减弱。所以，水质的PH不稳定，也会 影响到活性炭的吸附能力。活性炭的吸附原理是：在其颗粒表面形成一层平衡的 表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使 用初期的吸附效果很高。但时间一长，活性炭的吸附能 力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下降。如果水族 箱中水质混浊，水中有机物含量高，活性炭很快就会丧 失过滤功能。所以，活性炭应定期清洗或更换。活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说， 活性炭颗粒越小，过滤面积就越大。所以，
5、粉末状的活 性炭总面积最大，吸附效果最佳，但粉末状的活性炭很 容易随水流入水族箱中，难以控制，很少采用。颗粒状 的活性炭因颗粒成形不易流动，水中有机物等杂质在活 性炭过滤层中也不易阻塞，其吸附能力强，携带更换方 便。活性炭的吸附能力和与水接触的时间成正比，接触时间 越长，过滤后的水质越佳。注意：过滤的水应缓慢地流 出过滤层。新的活性炭在第一次使用前应洗涤洁净，否 则有墨黑色水流出。活性炭在装入过滤器前，应在底部 和顶部加铺23厘米厚的海绵，作用是阻止藻类等大 颗粒杂质渗透进去，活性炭使用23个月后，如果过 滤效果下降就应调换新的活性炭，海绵层也要定期更换。 影响粒状活性炭应用的主要性质应用粒状
6、活性炭，尤其大量应用，最影响效果和成本的活 性炭主要性质是：吸附量；压降或床层膨胀；抗磨性；大小、水分、 灰分、pH值和可溶物。应用较为大量的粒状活性炭都装在柱型设备中，就要讲究压降（压头损失）或床层膨胀，是设计炭柱的必要因素。压降由微粒大 小和大小分布所决定。床层膨胀由微粒大小、形状和大小分布以及微 粒密度所决定。大量使用粒状活性炭时，常加水以泵输送和以运输带脱水， 因此要重视活性炭的损失量，讲求活性炭的抗磨性。评价活性炭的吸附能力吸附分液相吸附和气相吸附两类，液相吸附能力常 以吸附等温线进行评价，气相吸附能力以溶剂蒸气吸附 量评价。吸附等温线表示一定温度下吸附系统中被吸附物质 的分压或浓度
7、与吸附量之间的关系，即当保持温度不变， 可测得平衡吸附量和分压或浓度间的变化关系。以剩余 浓度为横轴，以活性炭单质量的吸附量为纵轴可绘出关 系曲线。当保持分压或浓度不变，可测得平衡吸附量和温度 间的变化关系，绘出关系曲线，即吸附等压线。由于在 工业装置中少量成分吸附大致在等温状态下进行，所以 吸附等温线最为重要和常用。溶剂蒸气吸附量表示气相吸附性能，可用颗粒活性 炭的四氯化碳吸附率的测定为例，在规定的试验条件下， 即规定的炭层高度、气流比速、吸附温度、测定管截面 积、四氯化碳蒸气浓度的条件下，持含有一定四氯化碳 蒸气浓度的混合空气流不断地通过活性炭，当达到吸附 饱和时，活性炭试样所吸附的四氯化
8、碳的质量与试样质 量之百分比作为四氯化碳的吸附率。活性炭应用中对于吸附能力，最好用实际拟用的活 性炭、操作的条件、具体的处理物进行评价测试。活性炭的吸附量，即单位活性炭所吸附的吸附质的 量，工业上也有称为活性炭的活性，活性有两种表示方 法：静活性-即通常所指的吸附剂达到平衡的吸附量。动活性-是指流体混合物通过活性炭床层，其中吸 附质被吸附，经一些时间的运作，活性炭床层流出的流 体中开始出现含有一定的吸附质，说明活性炭床层失去 吸附能力，此时活性炭上已吸附的吸附质的量，就称为 活性炭的活性。是设计大量的、经常的、重要的吸附系 统所需的数据。用液相等温线法测定活性炭吸附能力的标准实用方 法，可用于
9、测定原始的和再活化的和粉状活性炭的吸什 能力。活性炭比表面积和吸附能力的关系一般来说活性炭的比表面积（BET）越大，吸附力也越大，但是有 时候却不一定。BET是用氮气或丁烷的吸附方法测出活性炭总表面积的应用参 数。按理BET越大，吸附力就越大。可是在实际应用中这概念有局 限性，因为活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的区别，有时仅有部分的 孔适合于某类大小吸附物的进入。在液相应用中，通常有机物的吸附值随分子量（分子大小）的提 高而提高。直到分子大到不能进孔为止。最理想的活性炭是具有大量 恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小，吸附物进不了；孔太大，使单 位体积的表面积减少。在气相应用中，小分子被吸附进入微孔
10、。这时总表面积的概念是 合用的。至于活性活性炭在液相吸附中的应用活性炭在液相中主要用于脱色精制，有时也用于捕集 回收或分离。液体用活性炭进行脱色精制时，除了脱色（即吸附除 去在可见光波长内具有吸光性的物质）以外，同时还能 够除去在可见光波长以外具有吸光性的物质，除去颜色 的前躯物质，除去有臭味的物质或调整香味，除去臭味 的前躯物质，除去浑浊及可能导致浑浊的物质，除去起 泡性物质，除去妨碍结晶的物质，除去胶体物质，除去 对胶体有保护性的物质，除去生理性有害物质，以及除 去促进产品变质的物质等，具有多种综合性的精制作用。液相扩散速度比气相小得多，为了在短时间内获得吸 附效果，因此常常使用粒度很细小
11、的粉末状活性炭。但 是，在处理量很大的场合，颗粒状活性的用例不断增加。因为其操作方便，容易再生。表3-6-4中列示了液相中 使用活性炭的主要操作方式。表3-6-4液相中使用活性炭的主要操作方式。活性炭种类采用方法操作方式粉末状活性炭间歇接触法成层过滤法连续接触法一段接触式多段分批添加式多段逆流接触式颗粒状活性炭渗滤法固定层式连续移动式间歇移动层式炭对金属络合物的吸附，涉及化学键的形成，也不是BET越大越好。活性炭在精制气体中的应用精制工业用原料气体或工艺气体 活性炭用于精制多种工业用原料气体或工艺气体，以除去它们中所含有 的各种杂质，提高纯度和使用价值。表3-6-1中列示了 用活性炭精制的一些
12、气体名称以及要除去的杂质成分。表3-6-1活性炭对原料气体及工艺气体的精制气体名称要除去的成分氯气烃类的氯化物氯化氢烃类的氯化物二氧化碳无机及有机硫化物、油、臭气乙炔无机及有机硫化物、高级炔烃、二烯烃、磷化氢、乙烯丙酮、聚合性物质水煤气无机及有机硫化物、乙炔、二烯烃裂化气无机及有机硫化物、聚合性物质烟道气无机及有机硫化物、聚合性物质情性气体无机及有机硫化物、油原料用空气无机及有机硫化物、油无机及有机硫化物、油、臭气由表3-6-1可见，用活性炭精制气体是将小分子、低沸点气 体中的少量大分子、高沸点的气体除去。活性炭在液相吸附中的应用 -水处理水处理 水处理是活性炭应用广，潜力最大的部 门。饮用水
13、的质量直接关系人体健康；排水及废水处理 与否对地球水环境有重大影响。发达国家活性炭用量的 50%以上与水处理有关；我对水质重视程度也逐渐增加。（1）处理上水（自来水）：上水用活性炭处理的目的 是提高水质，除去臭气、臭味、腐殖质、油类、农药、 洗涤剂等对人体有害的物质。（2）处理生产用水：活性炭在处理各种生产用水中获 得广泛应用。如在酿造业、清凉饮料业及制冰业，使用 活性炭除去地下水中的颜色、臭味、胶体物质、洗涤剂、 农药及其他有机物质，或者除去自来水中的游离氯气、 臭味等；电力、化学等工业部门用活性炭处理锅炉用水 及锅炉回流水的脱油；医药工业用活性炭除去水中的致 热源；电子工业使用活性炭制取超
14、纯水；海运业使用活 性炭制造饮用水；水族馆中用活性炭除去自来水中的氯 气等。此外，活性炭还用于保护离子交换树脂，净化工厂的 循环用水等。（3）处理生产废水：各种生产过程中排出的废水，含 有不同的杂质，但比较单纯，易于进行处理。因此，应 该处理以后再排放或者循环使用。（4）处理下水（污水）：下水是各种废水汇集成的 污水，成分极其复杂。进行处理时，通常将凝聚沉淀法 （物理法）、活性炭泥法（生物法）与活性炭吸附法配 合使用，以提高处理效果，降低处理成本。活性炭处理 通常和生物法配合使用，或置于其后作为终级处理。经过处理，可以除去颜色、农药、洗涤剂、臭味，以及BOD、COD、TOC等杂质，作为工农业用
15、水而再次利用或排放。活性炭对各种蒸气之吸附能力活性炭对各种蒸气之吸附能力指敷品名指敷品名指敷品名指敷品名指敷品名4硝基甲烷3硝酸2丙烷3乙醚4家具臭3甲醇4消毒剂4内酸1乙烯4果实臭3甲醚4樟脑4丙醇3环氧乙烷4气油4油加利油4食品芳香2丙烯4二气乙醇3月每4肉臭1氢气4童料臭3氯化烷4辛酸4浴室臭4苯乙稀3己烷2盐酸3花粉4醋酸内酯3光气4庚烷3氯化甲烷4癌肿臭3醋酸甲酯3麻醉蒯4苯3氯化稀4罐头工埸3三氧化硫4酸酐3放射性物4丙基氯4蚁酸4四氯乙烯1沼气4防臭剂3氯气3甲酸乙酯4四氯化碳4M.E.K4防腐剂4辛烷3甲酸甲酯4二乙胺3漂白液4防虫剂3青酸4二甲苯4二氧亲隹环4比啶3碘化氢4精油4鱼
