來源：韓研活性炭網(wǎng) 作者：韓研活性炭網(wǎng) 2018-09-13
活性炭基礎(chǔ)知識
您是第一次接觸活性炭行業(yè)，請仔細(xì)閱讀下面的內(nèi)容您會(huì)發(fā)現(xiàn)這對了解活性炭的基礎(chǔ)知識非常有幫助。
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)是在碳原子無序?qū)拥膭傂怨羌軆?nèi)形成的通道，通過化學(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(xué)吸附-這涉及相對強(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)足球場的表面積。
在活化過程中，活性炭產(chǎn)生了這個(gè)巨大的表面區(qū)域。最常見的活化過程是蒸汽活化，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(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。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，并在吸附后通過沉降和過濾除去。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(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ㄉa(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。對于該階段，溫度通常不超過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，對于從溶液中吸附小分子，必須更多地打開孔結(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(nèi)溫度和停留時(shí)間的影響。
通過該方法生產(chǎn)的活性炭具有合適的孔分布，無需進(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)床過濾器。對于活性炭粉末，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)間后通過過濾除去用過的碳。
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(yōu)點(diǎn)，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(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(shè)備的可變性來節(jié)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(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)或測試，以了解工業(yè)過程的所有參數(shù)。
其他對活性炭性質(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。
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