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活性炭的品种与特点

        活性炭是利用包括木炭、木屑、椰壳、各种果核、纸浆废液以及其他农林副产品,还有煤以及重质石油在内的物质为原料,经炭化活化而得的产品。它与木炭、炭黑和焦炭统称为微晶质碳(无定形碳)。活性炭作为最古老、最重要的工业吸附剂之一,与其他吸附剂(树脂类、硅胶、沸石等)相比,具有许多优点:高度发达的孔隙结构和巨大的内比表面积;炭表面上含有(或可以附加)多种官能团;具有催化能;性能稳定,可以在不同温度、酸碱度中使用;可以再生。近年来,随着人们对环保问题的日益重视,活性炭被广泛应用于制药、化工、食品、加工、冶金工业、农业等各个领域。应用领域的拓宽,对活性炭的性能提出了更高的要求,从而进一步促进了活性炭在原料、制备方法等方面的发展,也促进了不同品种、特殊性能活性炭的研究和开发。

        1、高比表面积活性炭

        高比表面积活性炭由于具有比表面积大(大于2500㎡/g),微孔分布集中且吸附性等优等特点,已经广泛应用于医药、催化、气体分离及储存双电层电容器等领域。研究表明,含Na和K的碱金属化合物,可促进生成微孔发达的高比表面积活性炭。这种促进机理在于(以KOH为例):部分KOH与原料反应生成K2CO3和K2O;另一部分KOH在温度达到500℃时,就可发生脱水反应生成K2O,而这些含钾化合物对碳的气化有催化作用。此外,金属钾的沸点(762℃)低于活化温度(850℃)。在活化阶段,钾蒸气在碳骨架中扩散,可促进新微孔的生成,导致活性炭比表面积大大增加。

        2、活性炭纤维

        活性炭纤维克服了粉状活性炭、粒状活性炭的缺点,成为第三代活性炭吸附材料。活性炭纤维直径小,与被吸附物质的接触面积大,增加了吸附地概率。活性炭纤维的孔径分布窄,而且它的孔径大小可以通过调整工艺参数进行控制。此外,活性炭纤维的漏损小、滤阻小、体积密度小易制作,轻而小型化设备。基于以上优点,活性炭纤维已广泛应用于空气净化、冰箱的除异味、气体净制、有机容剂回收、工业有机废水的处理、催化剂或催化剂载体。现在,活性炭纤维的研究热点,已经从制备表征和吸附性能的研究,转移到了具有新结构和功能性活性炭纤维的研发,具有代表性的是活性炭纤维的功能化和中孔活性纤维的开发。功能化的主要途径有改变形态、改变结构、碳合金化(化学改性);对于中孔活性炭纤维,主要研究的是其孔径的调控方法。目前有重复活化、催化活化、界面活化、混合聚合物炭化、铸型炭化等。

        3、活性炭微球

        沥青类化合物热处理时,会发生热缩聚反应而生成各向异性的中间相小球体,再将其分离便可制成微米级的中间相炭微球。然后,将其表面活化制成吸附剂,便具有一般活性炭不可比拟的高强度、高比表面积、强吸附能力。根据研究表明用KOH/NaOH活化中间相炭微球,得到了微孔活性炭微球,其比表面积为3000-4600㎡/g。而用KOH作活化剂制备得到的中孔性活性碳微球,具有高含量的中孔孔容,是一种理想的双电层电容器电极材料。

        4、活性炭分子筛

        活性炭分子筛是孔径分布窄而均匀的、具有分子筛性能的活性炭,它的孔隙以微孔为主,孔径分布集中在0.3-1.0nm的狭窄范围,且微孔入口形状为狭缝平板形。活性炭分子筛在空气制氮、催化、食品、卫生、焦炉气中的氮气回收、H2和CH4的分离、色谱柱填料等方面得到了广泛应用。由于活性炭分子筛具有活性炭和分子筛的双重功能,使得分子筛产品的开发和研制成为活性炭工业最活跃的领域之一。目前,制得的活性炭分子筛孔不够均匀,微孔容积较低。因此,今后将开发孔分布曲线更尖锐的单分散型和微孔容积更大的活性炭分子得筛制品。

        5、添载活性炭

        活性炭对沸点低、相对分子质量小的气体以及氨气、硫化氢、胺类、硫醇及甲硫醚等恶臭物质的吸附能力差。如果在其上添加化学药品或过渡金属的盐类,则可提高其吸附能力。如浸渍法使活性炭上添加CuCl2和PbCl3后,可使其吸附CO的量提高8倍和20倍;添加不挥发的磷酸、硫酸等无机酸或苹果酸等有机酸,可使氨或胺与添加的酸反应而吸存于细孔中。烟气中的SO2会对大气造成严重污染,而添载活性炭则能起到良好的SO2脱除效果。将金属离子Co、Ni、Mg和V的化合物通过离子交换或络合的方式引入到煤表面,然后对其进行炭化,即可制成添载活性炭。研究发现,添载金属的类型和添载量对SO2的吸脱附性能有很大的影响。另外,添载活性炭可使所添载的催化剂的催化性能提高。如添加溴的活性炭可作为强催化剂氧化甲硫醚、二硫甲烷等。

        6、生物活性炭

        生物活性炭(BAC)是指在水处理的过程中,有意识地助长粒状活性炭吸附的好氧生物活性的处理工艺,从而可以在利用活性炭吸附的同时,利用微生物的分解机能对废水进行净化。若将其与臭氧处理配合,则可用于净水的高度处理。在这种场合,除去有害物质要靠活性炭的吸附作用,而微生物具有让活性炭的吸附效果持续进行的机能。有废水处理中使用生物活性炭时,因为废水中含有的有机物质污染负荷大,可以认为主要依靠微生物的分解作用,而活性炭的作用重点则在于稳定微生物的生息环境。把生物活性炭作为脱臭材料使用时,不用添加各种金属盐之类的化学药品,就能够提高它的性能,而且具有处理多种臭气成分的可能。

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