活性炭基础知识上篇
一、活性炭的定义：
1、活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色、内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料；
2、它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体，广泛应用于国民经济部门和人们的日常生活中。
二、活性炭的分类：由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭品种不下千种。
1、按原料来源分类
1）木质活性炭(如椰壳活性炭、杏壳活性炭、核桃壳、木质粉炭等)；
2）矿物质原料活性炭(各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭)；
3）其它原料制成的活性炭(如废橡胶、废塑料等制成的活性炭)。
2、按制造方法分类
1）化学法活性炭(化学炭)：将含碳原料与某些化学药品混合后进行热处理，制取活性炭的方法叫化学法。
（1）可作为化学法的化学药品称作活化剂，有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等，许多酸、碱、盐都可以用作活化
剂，主要从活性炭的性能和经济性来考虑采用何种活化剂；
（2）一般化学炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙）较发达，主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相（蒸汽）吸附场合；
（3）化学法制造活性炭由于加入了化学药品，在制造过程中应当极其重视环境保护以及产品中可能存在微量非原料带入的元素的影响问题。
2）物理法活性炭（物理炭）：以炭为原料用水蒸汽、二氧化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为活化介质，在高温（600～1000℃）下进行活化制取活性炭的方法
叫物理法，一般说来物理炭的微孔（孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙）发达，主要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合；
3）化学--物理法或物理--化学法活性炭：选用不同的原料和采用不同的化学法与物理法的组合可以对活性炭的孔隙结构进行调控，从而制取许多性能不同的活性炭。
3、按外观形状分类
1）粉状活性炭：
（1）一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。（2）粉状炭在使用时有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但需专有的分离方法；
（3）随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉状炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。
2）颗粒活性炭：通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗粒活性炭，颗料活性炭又分为下列几种：
（1）不定型颗料活性炭：一般由颗料状原料经炭化、活化，然后破碎筛分至需要粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成；
（2）圆柱形活性炭：又称柱状炭，一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成，也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型，柱状炭有实心和中空之分，
中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个有规则的小孔；
（3）球形活性炭：是圆球形的活性炭，它的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程。也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭加粘结
剂成球加工而成，球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分。
3)其它形状活性炭：除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外，还有其它形状的，如活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等。
4、按应用场合分类：
1）活性炭广泛应用于国民经济部门和日常生活，按活性炭应用场合进行分类是很困难的，同一种活性炭可以应用于多种场合，而某种场合又可用多种活性炭达到相同目的；
2）人们由应用方面出发，往往在活性炭词语前冠似××活性炭作为活性炭的模糊分类方法，如糖用活性炭、针剂活性炭、味精活性炭、净水活性炭等。
三、活性炭的工作原理：
1、活性炭在活化过程中，巨大的表面积和复杂的孔隙结构逐渐形成，活性炭的表面积主要是由微孔提供的，活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附；
2、吸附过程正是在这些孔隙中和表面上进行的，活性炭的多孔结构提供了大量的表面积，从而使其非常容易达到吸收杂质的目的，就象磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。
3、活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的；
4、被吸附的杂质的分子直径必须是要小于活性炭的孔径，这样才可能保证杂质被吸收到孔径中；
5、这也就是为什么我们通过不断地改变原材料和活化条件来创造具有不同的孔径结构的活性炭，从而适用于各种杂质吸收的应用。
1）物理吸附：纯靠活性炭发达的孔隙结构来吸附和容纳有害物质； 2）化学吸附：对产成品活性炭进行二次加工，使它具有一定的化学性能，便于吸附特定性能的有害分子团；
3）物理和化学吸附：就是两种方法都包括组合使用；
四、活性炭的应用：
1、活性炭在气（汽）相吸附中的应用：
活性炭在气（汽）相吸附中的大规模应用是从第一次世界大战中的毒气防护开始，后逐渐向其他领域扩展，归纳起来其主要应用如下：
1）有毒或有害气体的防护：防毒面具、口罩和防护服是活性炭应用的典型代表。
2）气（汽）体的净化、精制和分离：
(1)空气净化、空气的氮、氧吸附分离和纯化； (2)工业氢的度压吸附分离和提纯； (3)溶剂回收；
(4)烟气中去除二氧化硫和氮氧化合物； (5)空调； (6)航天和深海潜艇的工作环境的气体净化等。
※ 活性碳是怎样吸附有毒有害气体的？
1）净化空气用的活性碳内部有发达的空隙结构和丰富的微孔组织，微孔组织具有强大的吸附力场，当空气中的有毒有害气体与活性炭接触时，活性炭微孔强大的吸附力场，能将
有毒气有害体的分子吸附到微孔内；
2）当利用活性炭净化空气时，为了充分发挥活性炭的功效，人们往往强迫需要净化的空气，通过由活性碳制成的滤芯装置，使污染空气能充分与活性炭接触，活性炭内部发达的
微孔，就能迅速、完全、彻底地吸附空气中有毒有害气体，达到净化空气保护人体安全的目的，如防毒面具和一些高效的空气净化器就是运用了这一原理设计制造的；
※ 活性炭吸附了有毒气体后，会不会再泄漏出来？
1）被吸附的有毒有害气体分子从活性碳的微孔中释放出来的过程叫活性碳的“脱附”，或者叫“再生”；
2）活性碳的“脱附”需要在特定的设备中，通过热再生、化学洗脱、溶剂萃取再生、生物再生等复杂的工艺方法才能完成。
2、活性炭在液相吸附中的应用：活性炭最早的应用是从欧洲人精制糖液开始的，现在活性炭在液相吸附中的应用已遍及许多工业部门和人们的日常生活。
1）食品工业中的应用：所有甜味剂、调味品、食用油脂、饮料都使用活性炭进行脱色精制。
2）制药工业中的应用：所有人工合成、生物制药的原料药，尤其西药都采用活性炭进行脱色精制。活性炭吸附的主要作用是去除杂质、提高纯度和致热源。
3）活性炭在化学工业和其他工业中的应用：
（1）石化工业中的油品精制、脱硫、脱臭、催化剂载体； （2）无机化工中的含用和医药级制品的精制提纯；
（3）治金工业中特别是湿法冶金中的金、铂等贵金属的提取； （4）染织工业中的染料、媒染剂等都使用活性炭。
3、活性炭在环境保护中的应用：环境保护逐渐成为活性炭最大的消费领域，包括气、液相吸附的环保用活性炭往往占发达国家总用量的60%以上。
1）环保中的气相处理是各种工业生活废气的净化和回收有用溶剂；
2）环保中的液相汲附处理中主要用于人们生活的上、下水和工业废水的处理上；
3）饮用水、城市生活废水、工业废水基本上都采用包括活性炭处理在内的三级净化，发达国家用于水处理的活性炭约占其总用量的40～50%。
※ 活性炭水处理滤料在水质预处理系统中的作用：
1）活性炭过滤器能够吸附前级过滤中无法去除的余氯，以防止后级反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质，对胶体、色素、重金属离
子、水中异味、COD等有较明显的去除吸附作用，可以进一步降低RO进水的SDI值，保证SDI<5、TOC<2.Oppm；
2）在很多城市的优质小区内我们都能看到自动饮水机的身影，在这种自动饮水机上标明饮用水是经过层层净化的，其中就包括活性炭，当然并不是所有的活性炭都可以做饮用水
过滤的，只有优质纯正的活性炭和椰壳活性炭才可以；
3）活性炭过滤器的工作是通过炭床来完成的，组成炭床的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积，具有很强的物理吸附能力，水通过活性炭床时水中有机污染物被活性炭
有效地吸附；此外活性炭表面非结晶部分上有一些含氧管能团，使通过炭床的水中之有机污染物被活性炭有效地吸附；
4）活性炭过滤器是一种较常用的水处理设备，作为水处理脱盐系统前处理可有效保证后级设备使用寿命、提高出水水质、防止污染，特别是防止后级反渗透膜、离子交换树脂等
的游离态余氧中毒污染。
4、活性炭在高新技术领域中的应用进展：科技的迅速发展促进了活性炭的高比表面、高孔容、高吸附容量的高性能活性炭、超细活性炭等各种各样的新品系制品不断涌现。
1）高新电子电极 2）新型催化剂截体 3）电能和高能量密度物质（如压缩或液化氢气、天然气等）和贮存； 4）电动汽车、功能性绿色环保等领域的应用。
