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革润恩(Green)环保常识分享系列二-活性炭

2022-10-17

关键词:活性炭、吸附材料、碳化、活化

在此我们向大家分享有关活性炭的基础知识

1.活性炭的追溯

    人类利用活性炭,由来已久,可以追溯到公元前10世纪,当时的活性炭是把植物碳化成核,用于药用或者作为防腐剂使用。利用活性炭的吸附性能使用木炭,是人们积累生活经验的结果。但是,作为科学认识木炭的吸附性能是在进入18世纪以后,到了19世纪开始对木炭的吸附性能进行系统的研究,不断地生产出用于饮用水净化和空气净化用的活性炭。后来,活性炭也用于防毒面罩,在利用各种原料制备活性炭的过程中,发现椰壳炭吸附性能良好,木炭所具有的的吸附性能也可以通过再加工得到增大。如今,随着化学工业的迅速发展,活性炭广泛利用于分离工艺、精制、触媒、及溶剂回收,特别是解决有关地球环境问题的公害对策用吸附剂、医疗用吸附剂等广泛的领域。


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2.活性炭的应用

    活性炭,本世纪开始在工业领域得到广泛应用,作为吸附材料用于食品、医药、化学等近代产业的各个领域。近年来用于大气污染、水质净化、恶臭等的公害防止,是保护环境必不可少的材料。分子的筛选能力及作为触媒载体(触媒担体)的特殊性得到广泛应用,并且,制备方面原料越来越多样化,性能也得到改善。


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3.活性炭的构成

    活性炭是多孔碳质吸附剂。一般来说,它主要是由多环芳香族分子的层叠集合体(也被称为结晶子)和非晶质烃构成。

    活性炭具有由光学显微镜能够观察到的大孔、中孔和与吸附质分子同等大小的极小的微孔。活性炭制造中活化的目的,首先是如何提高每单位量的吸附有效比表面积,同时,如何增加微孔中毛细管冷凝引起的吸附量;其目的还在于如何制备具有均匀孔径的孔。前者指碳质吸附剂,重要的是控制微孔的吸附速度的设计。后者指分子筛选为目的的碳质吸附剂,重要的是赋予形状选择性的微孔的设计,不论如何,作为吸附剂的活性炭的显著特征,是具有发达的微孔,微孔还决定着与吸附有关的表面存在的环境。


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4.活性炭的微孔构造

活性炭的孔有3种,即:微孔(r<2nm)、中孔(2nm50nm)。


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5.活性炭细孔的生成

    活性炭是将石炭、椰壳等C物质原料在高温下与气体和药品反应制成具有微细孔(直径10~200Å ※10Å=1nm )的C。微细孔在C内部呈网目状,表面积为500~2500㎡/g。活性炭90%以上为C,其中C一部分为与O、H的化合物。灰分是原料固有成分Na,Si,K,Ca,Fe等。

1)碳化

    碳化是指利用对有机物加热变化引起的键的解裂和导致组装成更稳定的键的分解、缩聚、芳香族环化等碳被浓缩的一连串的多种化学反应的总称。

    活性炭是孔隙结构发达的碳材料,广泛用作吸附材料和催化剂载体,活性炭根据其形状可分为粉末炭和粒状炭。近年来,开始制作纤维状活性炭,无论哪一种都是以碳为主要成分。在天然的碳材料中,例如无烟煤等,显示出良好的吸附、表面活性特征,可以直接使用。但大多数碳性能不充分,一般将其有机物(碳质物质)碳化、活化,再作为活性炭使用。


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2)活化

    药品活化:木质材料(锯末,木片等)上,在高温下抑制焦油生成,添加浸蚀木质材料纤维质的药品(氯化锌,磷酸)并使其渗透,断绝空气500~700℃下使其发生碳化反应,则可制造出具有微孔(直径10~200 )的活性炭来。这个反应包括脱水,缩合,聚合,碳化,氧化等复杂的过程。

    气体活化:炭化的原料(椰壳炭、煤炭等)和气体(CO2,空气,水蒸气,燃烧气体等)在700-1000℃下反应,碳的部分经反应生成微孔(直径10~200 ),制造出活性炭。


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6.活性炭的吸附

    活性炭的吸附,本质上是由活性炭的表面和吸附质分子之间的接触从而产生的相互作用的能量来决定。

    活性炭的吸附可以分成:

    1)物理吸附:被吸附物在活性炭表面扩散,以接近分子大小的细孔为中心,可通过浓缩发挥去除效果。


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    2)化学吸附:利用分子间引力,物理吸附的同時,活性炭表面药剂促进化学反应,更有效強力捕捉。利用具有适当细孔、表面处理的活性炭,去除空气中的氨气、有机酸、乙醛、甲醛等成分。


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7.活性炭的活性特征

    由物质表面生成的引力吸引物质分子叫界面现象,活性炭因微细孔的「毛细管现象」使其界面现象更强化。越是小孔就越能发挥毛细管现象的吸着力,∴微孔越发达的活性炭吸着性能越好。但即使表面积再大如不是产生毛细管现象的构造,则不能发挥吸附力。活性炭的活性特征当选“毛细管现象”和“吸附指数”。


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8.活性炭的原料

    活性炭原材料一般是:优质煤、木屑、果壳、椰壳等。

    根据活性炭的外形,通常分为粉状、粒/柱状、蜂窝/半蜂窝状。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。

粉末活性炭:锯末、硬质木片、木炭(素灰)、草炭等

粒状活性炭 :木炭,椰壳炭,煤炭,石油碳,酚醛树脂等

纤维状活性炭:人造丝,丙烯腈,煤炭,石油沥青,煤炭沥青,酚醛树脂等。


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作者:绿衣天使-白云15332796928


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