活性炭基礎(chǔ)知識(shí)

　　您是第一次接觸活性炭行業(yè)，請(qǐng)仔細(xì)閱讀下面的內(nèi)容您會(huì)發(fā)現(xiàn)這對(duì)了解活性炭的基礎(chǔ)知識(shí)非常有幫助。

　　1、什么是活性炭

　　2、活性炭的關(guān)鍵性質(zhì)

　　3、吸附

　　4、活性炭的種類

　　5、制造活性炭

　　6、選擇活性炭

　　什么是活性炭?

　　活性炭是碳質(zhì)的，高度多孔的吸附介質(zhì)，具有主要由碳原子組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。活性炭中的孔隙結(jié)構(gòu)是在碳原子無(wú)序?qū)拥膭傂怨羌軆?nèi)形成的通道，通過(guò)化學(xué)鍵連接在一起，不均勻地堆疊，在碳層之間形成高度多孔的角落，縫隙，裂縫和裂縫結(jié)構(gòu)。

　　活性炭由椰殼，泥炭，硬木和軟木，褐煤，煙煤，果殼和各種含碳特種材料制成。化學(xué)活化或高溫蒸汽活化機(jī)制用于從這些原料生產(chǎn)活性炭。

　　活性炭的晶格結(jié)構(gòu)中的固有孔結(jié)構(gòu)允許通過(guò)稱為吸附的機(jī)制從氣態(tài)和液態(tài)介質(zhì)中除去雜質(zhì)。這是活性炭性能的關(guān)鍵。

　　吸附

　　吸附是原子，離子和分子(吸附物)從氣態(tài)，液態(tài)或溶液介質(zhì)附著或粘附到吸附劑-活性炭的表面上。活性炭的孔隙率提供了可以發(fā)生這種吸附的巨大表面積。吸附發(fā)生在比吸附分子略大的孔隙中，這就是為什么將試圖吸附的分子與活性炭的孔徑相匹配非常重要。然后這些分子被范德華力或其他吸引鍵吸附在活性炭的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，并積聚在固體表面上。

　　通常，1m 3的具有0.3m 3內(nèi)部孔的活性炭可以吸附30m 3或更多的氣體，即使在載體中以低濃度存在也是如此。

　　兩種吸附方式

　　物理吸附-在此過(guò)程中，吸附物通過(guò)稱為范德華力或倫敦分散力的弱吸引力保持在孔壁的表面上。

　　化學(xué)吸附-這涉及相對(duì)強(qiáng)的吸引力，吸附物與活性炭孔壁上的化學(xué)絡(luò)合物之間的實(shí)際化學(xué)鍵。

　　活性炭的關(guān)鍵性質(zhì)

　　表面積-通常，內(nèi)表面積越大，碳的有效性越高。活性炭的表面積是活性炭的根本，數(shù)值能達(dá)到500至2500平方米/克甚至更高，約一勺活性炭的比表面積等同于一個(gè)足球場(chǎng)的表面積。

　　在活化過(guò)程中，活性炭產(chǎn)生了這個(gè)巨大的表面區(qū)域。最常見(jiàn)的活化過(guò)程是蒸汽活化，在大約1000℃時(shí)，使用高溫蒸汽選擇性地?zé)胩蓟现校瑥亩谔蓟|(zhì)內(nèi)產(chǎn)生大量的孔。在化學(xué)活化中，磷酸用于在較低溫度下構(gòu)建這種多孔體系。

　　總孔隙體積-指活性炭顆粒內(nèi)的所有孔隙空間。它以毫升/克(ml / g)表示，體積相對(duì)于重量。通常，孔體積越大，效果越高。但是，如果要吸附的分子的大小與孔徑不匹配，則不會(huì)使用一些孔體積。總孔容(TPV)因原料來(lái)源和活化方法的類型而不同。

　　孔徑半徑-通常以納米為單位測(cè)量的平均(平均)孔半徑因活性炭類型而異。

　　孔隙體積分布-每種類型的碳都有自己獨(dú)特的孔徑分布。它們被稱為微孔(小)，中孔(中)和大孔(大)。用于吸附許多類型的氣體分子的碳是微孔的。用于脫色的最佳碳具有較高的中孔分布。

　　微孔<1nm

　　中孔=1-25nm

　　大孔> 25nm

　　nm=納米

　　不同類型的活性炭

　　活性炭主要有三種形式或形狀：粉末，顆粒和模具壓出（蜂窩、柱狀）。每種形式都有多種尺寸可供選擇。根據(jù)應(yīng)用和要求，建議使用特定的形式和尺寸。

　　顆粒活性炭

　　顆粒活性炭是通過(guò)研磨和篩分形成的不規(guī)則形狀的顆粒。這些產(chǎn)品的尺寸范圍為0.2mm至5mm。它們具有比粉末狀活性炭更堅(jiān)硬和更持久的優(yōu)點(diǎn)，清潔處理，凈化大量氣體或質(zhì)量穩(wěn)定的液體，并且可以多次重新激活和重復(fù)使用。顆粒活性炭用于液體和氣體應(yīng)用以及固定和移動(dòng)系統(tǒng)。

　　在液體用途中，粒狀活性炭被包裝在液體流過(guò)的塔和塔中。顆粒活性炭用于單個(gè)產(chǎn)品需要大量精煉或連續(xù)生產(chǎn)的地方。在氣相應(yīng)用中，顆粒活性炭具有足夠的流動(dòng)和通過(guò)碳床的可接受的壓降的優(yōu)點(diǎn)。

　　此外，顆粒狀活性炭幾乎總是被再生和再利用，再活化之間的時(shí)間變化很大，但平均為18個(gè)月。重新活化期間材料的損失范圍為5%至15%。

　　粉狀活性炭

　　粉末活性炭通常具有5至150的粒度分布，盡管可獲得更粗和更細(xì)的等級(jí)。粉末狀活性炭的優(yōu)點(diǎn)是其較低的加工成本和操作靈活性。隨著工藝條件的變化，粉末狀活性炭的劑量可以容易地增加或減少。粉狀活性炭主要用于液體吸附。將它們加入到待處理的液體中，與液體混合，并在吸附后通過(guò)沉降和過(guò)濾除去。粉末狀活性炭通常以間歇方式使用，因?yàn)樘砑恿靠梢匀菀椎馗淖儾⑶曳勰┛梢匀菀椎爻ァＳ捎谂c回收碳有關(guān)的問(wèn)題，但是焚燒或放置在垃圾填埋場(chǎng)中，粉狀活性炭不能再活化。

　　模具擠壓碳

　　這些是圓柱形顆粒活性炭，直徑范圍為1mm至5mm。擠壓工藝與所用原材料一起確保最終產(chǎn)品堅(jiān)硬并適用于重載應(yīng)用。擠出的顆粒形式產(chǎn)生低的系統(tǒng)壓降，這是氣相用途中的重要考慮因素。

　　制造活性炭

　　使用兩種方法活化含碳材料

　　蒸汽活化　　化學(xué)活化

　　蒸汽活化

　　蒸汽活化是最廣泛使用的方法，因?yàn)樗ǔＳ糜诨罨瑲ず兔夯肌Ｕ羝罨奶家詢刹椒ㄉa(chǎn)。首先，以塊狀，預(yù)定尺寸的材料，團(tuán)塊或擠出物的形式的原料通過(guò)在惰性氣氛如煙道氣中加熱而碳化，從而發(fā)生碳的脫水和脫揮發(fā)分。對(duì)于該階段，溫度通常不超過(guò)700℃。碳化將源材料的揮發(fā)物含量降低至20%以下。產(chǎn)生焦炭，其具有小的或太受限制的孔，不能用作吸附劑。

　　第二階段是活化階段，其擴(kuò)大孔結(jié)構(gòu)，增加內(nèi)表面積并使其更容易接近。碳化產(chǎn)物用蒸汽在90℃至110℃的溫度下活化。碳和蒸汽之間的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在碳的內(nèi)表面，從孔壁除去碳，從而擴(kuò)大孔。蒸汽活化過(guò)程允許容易地改變孔徑并且可以產(chǎn)生碳以適應(yīng)特定的最終起訴。例如，對(duì)于從溶液中吸附小分子，必須更多地打開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，如在水凈化中，而不是在糖脫色中吸附大的顏色分子。

　　蒸汽活化產(chǎn)生1mm至3mm的活性炭，將其粉碎并篩分以除去細(xì)粒和灰塵，以滿足粒狀活性炭的規(guī)格。為了生產(chǎn)粉末狀活性炭，使用溫和的粉碎作用進(jìn)一步研磨碳片。

　　化學(xué)活化

　　化學(xué)活化通常用于從鋸末，木材或泥炭中生產(chǎn)活性炭。化學(xué)活化包括將原料與活化劑(通常為磷酸)混合以使木材膨脹并打開(kāi)纖維素結(jié)構(gòu)。將原料漿料和磷酸漿料干燥，然后通常在回轉(zhuǎn)窯中在40℃至500℃的較低溫度下碳化。在碳化時(shí)，化學(xué)物質(zhì)起到載體的作用，并且不允許產(chǎn)生的焦炭收縮。它使原料脫水，導(dǎo)致炭的炭化和攤銷，形成多孔結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展的表面積。

　　通過(guò)改變?cè)吓c所用試劑的比例來(lái)控制活性。對(duì)于磷酸，該比例通常在1：0.5和1：4之間; 活性隨著試劑濃度的增加而增加，并且還受到窯內(nèi)溫度和停留時(shí)間的影響。

　　通過(guò)該方法生產(chǎn)的活性炭具有合適的孔分布，無(wú)需進(jìn)一步處理即可用作吸附劑。這是因?yàn)樗玫姆椒ㄉ婕啊八嵯础保湓诨罨笥糜谡羝罨恐械募兓襟E。然而，化學(xué)活化的碳具有比特別酸洗的蒸汽活性炭更低的純度，因?yàn)樗鼈兒猩倭繗埩舻牧姿猁}。

　　該化學(xué)活化過(guò)程主要產(chǎn)生粉末狀活性炭。如果需要粒狀材料，則用活化劑浸漬粒狀原料并使用相同的方法。然而，所生產(chǎn)的粒狀活性炭具有低機(jī)械強(qiáng)度，并且不適用于許多氣相用途。在一些情況下，化學(xué)活性炭用蒸汽進(jìn)行第二次活化以賦予額外的物理性質(zhì)。

　　如何選擇合適您的活性炭

　　碳形狀與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　對(duì)于一般吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括浸出中的碳(CIL)和紙漿中的碳(CIP)系統(tǒng)，顆粒狀碳，用于更細(xì)尺寸的柱系統(tǒng)和顆粒活性炭(1mm至4mm)用于固定或移動(dòng)床過(guò)濾器。對(duì)于活性炭粉末，最合適的應(yīng)用包括浮選系統(tǒng)和間歇工藝，其中在適當(dāng)?shù)慕佑|時(shí)間后通過(guò)過(guò)濾除去用過(guò)的碳。

　　粒徑和吸附動(dòng)力學(xué)

　　較細(xì)的尺寸加速了吸附物向孔中的擴(kuò)散速率，從而改善了動(dòng)力學(xué)，但是粉末的潤(rùn)濕性/過(guò)濾，壓降或顆粒篩選問(wèn)題是限制因素。因此，粒度范圍和分布選擇是折衷的。

　　然而，對(duì)于圓柱形顆粒，碳具有更好的床填充的優(yōu)點(diǎn)，這消除了顆粒碳的一些不足，例如壓降和篩選問(wèn)題，但與不規(guī)則碳相比，較小的硬度和較高的成本可能是限制因素。

　　孔隙尺寸分布和其他參數(shù)

　　關(guān)于目標(biāo)吸附物的分子大小范圍，孔徑分布要求發(fā)生變化。在金提取中，具有高微孔分布的碳將促進(jìn)金氰化物配合物的有效和有效吸附。如果您的目標(biāo)是去除大的有色分子和污染物質(zhì)，那么具有更大分布的中孔和大孔的碳將是合適的。

　　所需的吸附容量和活性炭的純度取決于最終應(yīng)用。碳的硬度也需要在比較研究的早期提出。這種方法已經(jīng)為消費(fèi)者帶來(lái)了好處，延長(zhǎng)了使用壽命，提高了過(guò)濾效率，減少了再生周期，通過(guò)減小過(guò)濾器尺寸和重新激活設(shè)備的可變性來(lái)節(jié)省硬件成本。

　　樣品使用測(cè)試

　　在做出購(gòu)買決定之前，必須先咨詢專業(yè)人員了解活性炭的詳細(xì)參數(shù)，再使用樣品進(jìn)行實(shí)際的工廠試驗(yàn)或測(cè)試，以了解工業(yè)過(guò)程的所有參數(shù)。

　　其他對(duì)活性炭性質(zhì)的影響

　　除了孔的物理性質(zhì)外，表面氧基團(tuán)和表面的非極性性質(zhì)經(jīng)常影響活性炭的吸附動(dòng)力學(xué)和容量。除了提高所選應(yīng)用的吸附效率之外，還進(jìn)行某些表面改性，表面工程和浸漬。