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活性炭是什么基礎了解

來源：韓研活性炭網作者：韓研活性炭網 2018-09-13

　　活性炭基礎知識

　　您是第一次接觸活性炭行業，請仔細閱讀下面的內容您會發現這對了解活性炭的基礎知識非常有幫助。

　　1、什么是活性炭

　　2、活性炭的關鍵性質

　　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?

　　活性炭是碳質的，高度多孔的吸附介質，具有主要由碳原子組成的復雜結構。活性炭中的孔隙結構是在碳原子無序層的剛性骨架內形成的通道，通過化學鍵連接在一起，不均勻地堆疊，在碳層之間形成高度多孔的角落，縫隙，裂縫和裂縫結構。

　　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。化學活化或高溫蒸汽活化機制用于從這些原料生產活性炭。

　　活性炭的晶格結構中的固有孔結構允許通過稱為吸附的機制從氣態和液態介質中除去雜質。這是活性炭性能的關鍵。

　　吸附

　　吸附是原子，離子和分子(吸附物)從氣態，液態或溶液介質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生這種吸附的巨大表面積。吸附發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部孔結構內，并積聚在固體表面上。

　　通常，1m 3的具有0.3m 3內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-在此過程中，吸附物通過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。

　　化學吸附-這涉及相對強的吸引力，吸附物與活性炭孔壁上的化學絡合物之間的實際化學鍵。

　　活性炭的關鍵性質

　　表面積-通常，內表面積越大，碳的有效性越高。活性炭的表面積是活性炭的根本，數值能達到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足球場的表面積。

　　在活化過程中，活性炭產生了這個巨大的表面區域。最常見的活化過程是蒸汽活化，在大約1000℃時，使用高溫蒸汽選擇性地燒入碳化原料中，從而在碳基質內產生大量的孔。在化學活化中，磷酸用于在較低溫度下構建這種多孔體系。

　　總孔隙體積-指活性炭顆粒內的所有孔隙空間。它以毫升/克(ml / g)表示，體積相對于重量。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，則不會使用一些孔體積。總孔容(TPV)因原料來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。根據應用和要求，建議使用特定的形式和尺寸。

　　顆粒活性炭

　　顆粒活性炭是通過研磨和篩分形成的不規則形狀的顆粒。這些產品的尺寸范圍為0.2mm至5mm。它們具有比粉末狀活性炭更堅硬和更持久的優點，清潔處理，凈化大量氣體或質量穩定的液體，并且可以多次重新激活和重復使用。顆粒活性炭用于液體和氣體應用以及固定和移動系統。

　　在液體用途中，粒狀活性炭被包裝在液體流過的塔和塔中。顆粒活性炭用于單個產品需要大量精煉或連續生產的地方。在氣相應用中，顆粒活性炭具有足夠的流動和通過碳床的可接受的壓降的優點。

　　此外，顆粒狀活性炭幾乎總是被再生和再利用，再活化之間的時間變化很大，但平均為18個月。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的等級。粉末狀活性炭的優點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，并在吸附后通過沉降和過濾除去。粉末狀活性炭通常以間歇方式使用，因為添加量可以容易地改變并且粉末可以容易地除去。由于與回收碳有關的問題，但是焚燒或放置在垃圾填埋場中，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品堅硬并適用于重載應用。擠出的顆粒形式產生低的系統壓降，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　　化學活化

　　蒸汽活化

　　蒸汽活化是最廣泛使用的方法，因為它通常用于活化椰殼和煤基碳。蒸汽活化的碳以兩步法生產。首先，以塊狀，預定尺寸的材料，團塊或擠出物的形式的原料通過在惰性氣氛如煙道氣中加熱而碳化，從而發生碳的脫水和脫揮發分。對于該階段，溫度通常不超過700℃。碳化將源材料的揮發物含量降低至20%以下。產生焦炭，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，其擴大孔結構，增加內表面積并使其更容易接近。碳化產物用蒸汽在90℃至110℃的溫度下活化。碳和蒸汽之間的化學反應發生在碳的內表面，從孔壁除去碳，從而擴大孔。蒸汽活化過程允許容易地改變孔徑并且可以產生碳以適應特定的最終起訴。例如，對于從溶液中吸附小分子，必須更多地打開孔結構，如在水凈化中，而不是在糖脫色中吸附大的顏色分子。

　　蒸汽活化產生1mm至3mm的活性炭，將其粉碎并篩分以除去細粒和灰塵，以滿足粒狀活性炭的規格。為了生產粉末狀活性炭，使用溫和的粉碎作用進一步研磨碳片。

　　化學活化

　　化學活化通常用于從鋸末，木材或泥炭中生產活性炭。化學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纖維素結構。將原料漿料和磷酸漿料干燥，然后通常在回轉窯中在40℃至500℃的較低溫度下碳化。在碳化時，化學物質起到載體的作用，并且不允許產生的焦炭收縮。它使原料脫水，導致炭的炭化和攤銷，形成多孔結構和擴展的表面積。

　　通過改變原料與所用試劑的比例來控制活性。對于磷酸，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，并且還受到窯內溫度和停留時間的影響。

　　通過該方法生產的活性炭具有合適的孔分布，無需進一步處理即可用作吸附劑。這是因為所用的方法涉及“酸洗”，其在活化后用于蒸汽活化炭中的純化步驟。然而，化學活化的碳具有比特別酸洗的蒸汽活性炭更低的純度，因為它們含有少量殘留的磷酸鹽。

　　該化學活化過程主要產生粉末狀活性炭。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，所生產的粒狀活性炭具有低機械強度，并且不適用于許多氣相用途。在一些情況下，化學活性炭用蒸汽進行第二次活化以賦予額外的物理性質。

　　如何選擇合適您的活性炭

　　碳形狀與系統設計

　　對于一般吸附系統設計，包括浸出中的碳(CIL)和紙漿中的碳(CIP)系統，顆粒狀碳，用于更細尺寸的柱系統和顆粒活性炭(1mm至4mm)用于固定或移動床過濾器。對于活性炭粉末，最合適的應用包括浮選系統和間歇工藝，其中在適當的接觸時間后通過過濾除去用過的碳。

　　粒徑和吸附動力學

　　較細的尺寸加速了吸附物向孔中的擴散速率，從而改善了動力學，但是粉末的潤濕性/過濾，壓降或顆粒篩選問題是限制因素。因此，粒度范圍和分布選擇是折衷的。

　　然而，對于圓柱形顆粒，碳具有更好的床填充的優點，這消除了顆粒碳的一些不足，例如壓降和篩選問題，但與不規則碳相比，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

　　關于目標吸附物的分子大小范圍，孔徑分布要求發生變化。在金提取中，具有高微孔分布的碳將促進金氰化物配合物的有效和有效吸附。如果您的目標是去除大的有色分子和污染物質，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用。碳的硬度也需要在比較研究的早期提出。這種方法已經為消費者帶來了好處，延長了使用壽命，提高了過濾效率，減少了再生周期，通過減小過濾器尺寸和重新激活設備的可變性來節省硬件成本。

　　樣品使用測試

　　在做出購買決定之前，必須先咨詢專業人員了解活性炭的詳細參數，再使用樣品進行實際的工廠試驗或測試，以了解工業過程的所有參數。

　　其他對活性炭性質的影響

　　除了孔的物理性質外，表面氧基團和表面的非極性性質經常影響活性炭的吸附動力學和容量。除了提高所選應用的吸附效率之外，還進行某些表面改性，表面工程和浸漬。

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