碳材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)匯總

1、上一堂課的主要內(nèi)容v生物質(zhì)、生物質(zhì)能、生物質(zhì)資源、生物質(zhì)能的特點、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的技術(shù)路線 v生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)氣化基本原理與過程、生物質(zhì)氣化工藝流程 v植物資源液化v第一節(jié) 、活性炭的基本概念活性炭的基本概念v第二節(jié)、活性炭的微結(jié)構(gòu)第二節(jié)、活性炭的微結(jié)構(gòu)v第三節(jié)、第三節(jié)、活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)v第四四節(jié)、活性炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)活性炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)v第五節(jié)第五節(jié)、活性炭的吸附性能活性炭的吸附性能v第六節(jié)、活性炭的質(zhì)量指標第六節(jié)、活性炭的質(zhì)量指標 第四章第四章 活性炭的結(jié)構(gòu)和性能活性炭的結(jié)構(gòu)和性能第一節(jié) 、活性炭的基本概念活性炭的基本概念一、一、活性炭活性炭是什么是什么?(定義定義)v活性炭（AC: activa

2、ted carbon）是由含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、表面積大，吸吸附能力附能力強的一類微晶質(zhì)碳微晶質(zhì)碳素材料。v分子式：C；分子量：12.011；熔點：3652；沸點：4827，3652升華。有多孔結(jié)構(gòu)和對氣體、蒸氣或膠態(tài)固體有強大吸附本領(lǐng)的炭。每克的總表面面積可達5001000平方米；密度為1.92.1；表觀密度約0.080.45。含碳量10%98%。二二、活性炭工業(yè)歷史與現(xiàn)狀v活性炭工業(yè)歷史：活性炭工業(yè)歷史：v在公元前1550年埃及就用于醫(yī)藥，v公元前2世紀印度用于濾水，v長沙馬王堆出土的漢墓木槨用木炭來吸潮、防腐，v明朝李時珍在木草綱目中記述果核燒炭可治療腹

3、瀉和腸胃病。v到中世紀，木炭用于糖液脫色精制以后發(fā)現(xiàn)骨炭有更大的脫色力，v從19世紀中叫開始研究“用量少、效果好”的脫色吸附劑，活化炭的研究走上了軌道， v二十世紀初歐洲誕生了活性炭工業(yè)。日本學(xué)者柳井弘提出，把活性炭工業(yè)的建立和發(fā)展分為四個時期：v(1)、工業(yè)化前工業(yè)化前(1900年以前) v1856年已有用麥粉、焦油和MgCO3混合加熱制脫色炭的，v1868年開始用紙廠廢物拌和磷酸燒制脫色炭。但這些都是在實驗里完成的，v工業(yè)化設(shè)備、材料、工程理論問題沒能得到解決。 v謝勒(Sheele)在1773年、方塔納(Fontana)在1777年分別發(fā)現(xiàn)木炭能吸附大量的氣體及空氣。v1785年，洛維茨

4、證實木炭能使某些液體脫色。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致木炭于1794年在英國精制糖廠中首次獲得工業(yè)應(yīng)用。v18世紀末，人們首次發(fā)現(xiàn)木炭的吸附世紀末，人們首次發(fā)現(xiàn)木炭的吸附能力能力v (2)、工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)(1900-1925年)：1900-1901年，奧斯特雷杰科(Ostrejko)發(fā)發(fā)明了金屬氯化物和植物原料混合來制造活性炭的兩項專利。1909年以木炭為原料用氣體法在歐洲開始生產(chǎn)粉狀活性炭，1911年荷蘭NORTE炭出售(后成為命名的糖用碳)，v1911年在維也納附近的Fanto工廠首次用水蒸氣活化法生產(chǎn)出Eponit粉狀炭，1913年又用氯化鋅活化法生產(chǎn)出防毒面具用的粒狀活性炭。v從20世紀初至20

5、世紀中期，由于戰(zhàn)爭戰(zhàn)爭的原因，防毒面具用活性炭和糖廠用的脫色炭有很大發(fā)展。v第二次世界大戰(zhàn)開始后，要求可靠性更高的防毒面具，煤煤開始作為生產(chǎn)活性炭的原料，出現(xiàn)了壓塊、壓伸工藝制造技術(shù)。v (3)、成長期成長期(1925-1950)，20年代初期在歐洲，活性炭的用途已擴大到礦物油、植物油和化學(xué)藥品的精制。v1926年以后，活性炭制法研究集中在荷蘭，而理論方面研究集中在德國德國。v1929年以后，在美國美國開始把粉狀活性炭用于水處理(每年2000-3000 t)。這時原料使用相當廣泛，擴展到用果殼、核、泥煤等?；罨椒ㄒ捕喾N多樣，理論研究進一步深化。 v1938年布朗諾爾、埃米特、泰勒(Bruna

6、uer, Emmett, Teuer) 3人在朗格謬爾(Langmuir)動力學(xué)吸附理論的基礎(chǔ)上，提出了多分子層吸附理論(簡稱BET理論)和著名的BET方程。v1943年美國匹斯堡活性炭公司(現(xiàn)在的Calgoh公司)首次采用煙煤壓塊、水蒸氣活化工藝制造軍用活性炭。v德國和日本采用擠壓成型制造柱狀活性炭。在此期間，基礎(chǔ)性研究也有了一些進展。v(4)、新發(fā)展新發(fā)展期(19501975年)。第二次世界大戰(zhàn)后活性炭工業(yè)的主導(dǎo)權(quán)己從歐洲轉(zhuǎn)到美國，為保護環(huán)境和節(jié)省能源，活性炭用途已擴大到空氣凈化、廢水處理、香煙濾嘴空氣凈化、廢水處理、香煙濾嘴等方面、原料來源轉(zhuǎn)向煤、石油。多層耙式爐、流動床爐等氣體活化法氣

7、體活化法逐步擴大，藥品(氯化鋅)活化法逐漸減少、再生再生技術(shù)提上日程，進入現(xiàn)代化工業(yè)水平。這時在美國活性炭的應(yīng)用巳遍及17個行業(yè)個行業(yè)，如自來水、工業(yè)用水凈化，氣體凈化、分離，溶劑回收，制糖等。v工業(yè)應(yīng)用促使活性炭吸附理論和空隙結(jié)構(gòu)研究有很大進展。 v蘇聯(lián)學(xué)者杜賓寧(Dubinin)等人發(fā)展了Polanyi的吸附勢理論，提出了體積填充理論和計算活性炭孔分布的D-R ( Dubinin-Radushkevioh)和D-A (Dubinin-Astakhor)方程，成為當今人們研究活性炭孔結(jié)構(gòu)的重要理論和方法。v從20世紀70年代初開始，隨著現(xiàn)代工業(yè)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多活性炭新品種和新應(yīng)用

8、，如球形炭、浸漬炭、球形炭、浸漬炭、纖維活性碳纖維活性碳等。v活性炭的產(chǎn)量和質(zhì)量也在不斷提高，至80年代末全世界活性炭年銷售量約60萬噸，v其中以煤為原料加工制成的活性炭占60%以上。三三、我國活性炭工業(yè)的創(chuàng)立與發(fā)展 v1、企業(yè)發(fā)展、企業(yè)發(fā)展v我國的活性炭工業(yè)初創(chuàng)于50年代年代，v60-70年打基礎(chǔ)，前30年經(jīng)過馬鞍形、螺旋式曲折發(fā)展歷程、基本上建成了獨立、完整、初具規(guī)模的工業(yè)體系。v目前年產(chǎn)量達10余萬t，僅次于美國、俄羅斯、日本居世界第日本居世界第4位位，比初期增長3000余倍，翻了30多番；v活性炭工業(yè)產(chǎn)值在整個林化產(chǎn)品個僅次于紙和林化產(chǎn)品個僅次于紙和松香居第松香居第3位位。 在活性炭工

9、業(yè)的發(fā)展史上，有代表性的事件記錄如下： v1949年，沈陽東北制藥總廠多管爐投產(chǎn)：(木炭原料，粉狀藥用碳)、v1951年，青島東風化工廠燜燒爐投產(chǎn)(木屑原料，粉狀藥用炭等)。v1957年，上海新中國化工廠建成氯化鋅法土法生產(chǎn)車間(木屑原料，糖用粉狀炭)；接著在杭州木材廠建成了同樣的車間。v1960年，在太原908廠建成斯列普爐斯列普爐，國家重點項日活性炭最大專業(yè)廠投產(chǎn)(煤、果殼原料，生產(chǎn)顆粒炭)，v 1965年青島東風化工廠建成間歇式沸騰爐生產(chǎn)車間。v 1966年，黑龍江鐵力干餾場建成回轉(zhuǎn)爐法活性碳車間(木炭原料水蒸汽法粉炭)。v 1970年，北京光華木材廠建成廠鞍式爐法活性炭車間。用椰殼、杏

10、核等果殼(核)作原料生產(chǎn)維尼綸載體活性炭。v 1975年以前我國活性炭工業(yè)還沒有負責協(xié)調(diào)發(fā)展的主管單位，產(chǎn)量一直在1萬萬t以下波浪起伏。v 1976年，農(nóng)林部、對外貿(mào)易部共同在江西懷玉山召開了全國第一次活性炭座談會，開始有意主管活性炭生產(chǎn)，對活性炭生產(chǎn)的發(fā)展起到了很大的推動作用。 1981年，在重慶召開第一次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時，活性炭產(chǎn)量首次過1萬t，達到12萬t。v1983年，在太原召開第二次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時產(chǎn)量翻番達35萬t。v 1987年，在北京召開第三次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時統(tǒng)計產(chǎn)量達45萬t。v l991年，在上海召開第四次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時統(tǒng)汁產(chǎn)量達55萬t。v199

11、2-1993年分別召開全國活性炭行業(yè)協(xié)會和全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時統(tǒng)計產(chǎn)量達6萬t，生產(chǎn)能力有l(wèi)0萬t。v2、活性炭的產(chǎn)量、活性炭的產(chǎn)量v2007年活性炭產(chǎn)量 150，000噸 顆粒顆?；钚蕴靠偖a(chǎn)量 85，000噸 粉狀粉狀活性炭總產(chǎn)量 65，000噸v 1990年1995年2000年2005年2010年活性炭總產(chǎn)量 43.0 67.0 100.9 149.6 216.1活性炭進口量 0.9 1.4 2.1 3.1 4.5活性炭出口量 25.6 40.1 60.0 91.1 135.7活性炭凈出口量 24.7 38.7 57.9 88.0 131.2市場總消費量 18.3 28.3 43.0 6

12、1.6 84.9水處理水處理 3.1 4.8 7.6 11.3 15.6食品 5.3 8.5 13.2 18.5 25.7汽車 4.1 6.3 9.7 14.4 19.8溶劑與廢氣回收 2.3 3.5 5.5 7.8 10.8空氣凈化 3.5 5.2 7.0 9.7 13.0v 顆粒顆?；钚蕴靠偖a(chǎn)量 85，300v 銀川活性炭廠 8，300v 北大旺莊活性炭廠（音譯） 6，700v 寧夏華輝活性炭有限公司 5，000v 大同光華活性炭廠 4，200v 江西懷玉山活性炭（集團）有限公司 4，000v 福建南平元力活性炭廠 3，400v 大同活性炭廠 3，200v 寧夏廣廈萬德活性炭股份有限公司

13、2，500v 江蘇溧陽南方活性炭廠 2，500v 赤峰有機化工廠 2，300v 其他 33，200v 粉狀粉狀活性炭總產(chǎn)量 65，600v 竹溪活性炭有限公司 8，500v 福建南平元力活性炭有限公司 4，300v 江西懷玉山活性炭(集團)有限公司 4，200v 寧夏華輝活性炭有限公司 3，400v 北大旺莊活性炭廠（音譯） 3，360v 寧夏廣廈萬德活性炭股份公司 3，300v 山西新華化工廠 2，900v 重慶酒用活性炭廠 2，500v 上海億鑫活性炭有限公司 1，700v 江蘇溧陽南方活性炭廠 1，700v 其 他 11，740v在中國，竹溪活性炭竹溪活性炭有限公司是最大的生產(chǎn)粉狀活性炭

14、的公司。這家公司的市場份額是18.6%(粉狀活性炭的總產(chǎn)量是45，600噸)，同年產(chǎn)量也達8，500噸。福建南平元力活性炭有限公司有大約4，300噸的產(chǎn)量，2000年，他擁有約9.4%的市場份額。其他生產(chǎn)商例如寧夏華輝活性炭有限公司（7.5%），北大旺莊活性炭廠（音譯）(7.3%)，寧夏廣廈萬德活性炭股份公司(7.2%)和山西新華化工廠(6.4%)是中國生產(chǎn)粉狀活性炭的主要生產(chǎn)商。v3、主要外國投資、主要外國投資竹溪活性炭有限公司 10，000噸 竹溪唐山建新活性炭廠 5，000噸 唐山序號國家或地區(qū)年生產(chǎn)能力（萬t/a） 1 2 3 4 5 美國西歐日本東歐東南亞 19.62109.4 10

15、 9.1 1999年世界主要活性炭生產(chǎn)國和地區(qū)活性炭生產(chǎn)v4、我國出口地格局：v 2002年前10位出口省、市依次是山西、北京、寧夏、天津、福建、江山西、北京、寧夏、天津、福建、江西、上海、河北、江蘇、吉林西、上海、河北、江蘇、吉林；這基本和我國活性炭的生產(chǎn)布局差不多；2001年的順序是山西、北京、寧夏、福建、天津、江西、江蘇、河北、上海、吉林。v5、國外出口市場格局： 多年來，我國的活性炭主要出口到日、美、韓、日、美、韓、歐洲和其他一些發(fā)達國家歐洲和其他一些發(fā)達國家。從上世紀80年代起，由于發(fā)達國家考慮到自然資源保護和高勞動力成本問題，這些國家的公司多已從單一生產(chǎn)商轉(zhuǎn)變成為結(jié)合研究、生產(chǎn)和管

16、理的新型公司，他們使用高新技術(shù)來開發(fā)新產(chǎn)品和擴大市場需求。這些公司從我國或其他東南亞的國家買來大量的初級產(chǎn)品和半成品，然后精煉這些產(chǎn)品或改變包裝，再進行轉(zhuǎn)口貿(mào)易，而不是由他們自己生產(chǎn)產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)向通過運用他們在技術(shù)、設(shè)備、資本、銷售網(wǎng)絡(luò)和商標上的優(yōu)勢，來賺到超額利潤，這些利潤往往是貨物自身價值的幾倍。有關(guān)的資料顯示，從我國出口的活性炭產(chǎn)品，其CIF價格甚至比某些目的地國家在其國內(nèi)市場買來的原料還要便宜。2000-2007年8月我國活性炭出口單價走勢圖 單位：美元/噸從近10多年的情況看，我國活性炭工業(yè)的發(fā)展趨勢為：v(1) 活性炭廠從城市向鄉(xiāng)村和原料產(chǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移，以解決污染和原料問題。v(2) 鄉(xiāng)鎮(zhèn)

17、、個體辦的活性炭小廠如雨后春筍，在很多山區(qū)成了致富門路之一。v (3) 對外技術(shù)合作和貿(mào)易有突破性發(fā)展。v (4) 科技教育蓬勃發(fā)展，多行業(yè)、多部門都科技教育蓬勃發(fā)展，多行業(yè)、多部門都涉足活性炭領(lǐng)域。涉足活性炭領(lǐng)域。 v 目前，我國有30多個大學(xué)、科研所和設(shè)計院進行有關(guān)活性炭的科研和技術(shù)開發(fā)工作。對活性炭工業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。v我國的活性炭工業(yè)同美、日等國比仍有較大的差距，如小廠多，分散，生產(chǎn)工藝、設(shè)備比較落后等。今后隨著工業(yè)的發(fā)展，人民生活水平的提高，活性炭的生產(chǎn)必將飛躍到一個新的水平。清華大學(xué)新型炭材料研究室清華大學(xué)新型炭材料研究室v隸屬于隸屬于清華大學(xué)材料科學(xué)與工程院清華大學(xué)材料科學(xué)

18、與工程院（系）教育部先（系）教育部先進材料實驗室。研究室主要從事天然石墨（鱗片石進材料實驗室。研究室主要從事天然石墨（鱗片石墨，微晶石墨）的深加工技術(shù)，多孔炭材料的制備墨，微晶石墨）的深加工技術(shù)，多孔炭材料的制備和表征，及其在儲能、節(jié)能、環(huán)保、綠色制造等方和表征，及其在儲能、節(jié)能、環(huán)保、綠色制造等方面的應(yīng)用研究。主要有以下幾個研究方向：面的應(yīng)用研究。主要有以下幾個研究方向：v（1）石墨工藝與天然石墨深加工技術(shù)；）石墨工藝與天然石墨深加工技術(shù)；v（2）環(huán)保材料與吸附過濾；（）環(huán)保材料與吸附過濾；（活性炭）v（3）儲能材料儲能材料與高性能電池；與高性能電池； （活性炭）v（4）節(jié)能材料與綠色制造。

19、（碳納米管）節(jié)能材料與綠色制造。（碳納米管）v低硫膨脹石墨/柔性石墨的制備v 多孔石墨對粘稠類有機液體的超吸附行為和再生技術(shù)研究v 膨脹石墨基隱身功能與機理研究v 石墨基燃料電池雙極板制備與研究v 天然微晶石墨用作鋰離子二次電池陽極材料的開發(fā)v 多孔炭材料的制備以及其對揮發(fā)性有機物和腐蝕性多孔炭材料的制備以及其對揮發(fā)性有機物和腐蝕性氣體的吸附規(guī)律研究氣體的吸附規(guī)律研究v 天然多孔礦物與碳反應(yīng)過程的基本物理化學(xué)問題v 室內(nèi)空氣質(zhì)量的評估與控制技術(shù)室內(nèi)空氣質(zhì)量的評估與控制技術(shù)v 超臨界環(huán)境下炭材料納米孔空間形成過程的研究四四、活性炭分類v 由于原料來源、制造方法、外觀形狀和應(yīng)用場合不同，活性炭品種

20、不下千種。 1、按原料來源分 (1)、木質(zhì)活性炭：木質(zhì)活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭。 果殼（果核）活性炭：以椰子殼、橄欖殼、核桃殼、杏核等制成的活性炭。 (2)、動物質(zhì)原料活性炭：動物質(zhì)原料活性炭：獸骨、血炭 (3)、礦物質(zhì)原料活性炭礦物質(zhì)原料活性炭 煤質(zhì)活性炭煤質(zhì)活性炭：以褐煤、泥煤、煙煤、無煙煤等制成的活性炭。 石油類活性炭：石油類活性炭：以瀝青等為原料制成瀝青基球狀的活性炭。 (4)、其它原料的活性炭其它原料的活性炭 含碳的有機廢料和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品，例如稻殼、稻草、棉子殼、咖啡豆梗、油棕殼、糠醛渣、甘蔗渣、紙漿廢液、合成樹脂等等都可化無用為有用制成活性炭。 (5)、再生活性炭再生活性炭

21、： （Reactivated Carbon）,與原活性炭(Virgin Active Carbon)相區(qū)分。 2、按制造方法分v(1)、物理法活性炭、物理法活性炭v 以炭為原料用水蒸汽、二氧化碳、空氣（主要是氧）或它們的混合物（煙道氣）為活化介質(zhì)，在高溫下（6001000）進行活化制取活性炭的方法叫物理法。物理法制造的活性炭叫物理法活性炭，也稱作物理炭。 v一般說來物理炭的微孔微孔（孔直徑或孔寬小于1.5納米的孔隙）發(fā)達，主要用于氣相氣相吸附場合或小分小分子液相子液相吸附場合。 (2)、化學(xué)法活性炭、化學(xué)法活性炭(化學(xué)炭化學(xué)炭) 將含碳原料與某些化學(xué)藥品混合后進行熱處理，制取活性炭的方法叫化學(xué)

22、法。用化學(xué)法生產(chǎn)的活性炭又稱為化學(xué)法活性炭或化學(xué)炭。 v 化學(xué)品法活化的活性炭：例如以氯化鋅作活化劑，原料和氯化鋅溶液混合后，在隔絕空氣下加熱到約700，生成活性炭。 v 一般說來，化學(xué)炭的孔隙中次微孔、次微孔、中孔中孔（即孔直徑或孔寬大于1.5納米的孔隙）較發(fā)達，主要用于液相吸附精制和溶劑回收的氣相（蒸汽）吸附場合。 化學(xué)法制造活性炭由于加入了化學(xué)藥品在制造過程中應(yīng)當極其重視環(huán)境保護以及產(chǎn)品中可能存在微量非原料帶入的元素的影響問題。（3）、化學(xué)-物理法或物理-化學(xué)法活性炭v 在了解化學(xué)炭和物理炭的同時，還應(yīng)當提及化學(xué)-物理法或物理-化學(xué)法活性炭。選用不同的原料和采用不同的化學(xué)法與物理法的組合

23、可以對活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)進行調(diào)控孔隙結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，從而制取許多性能不同的活性炭。這種化學(xué)-物理法或物理-化學(xué)法是許多年來及今后相當長時期內(nèi)世界各國活性炭工作者非常關(guān)注的活性炭制取方法。 3 、按外觀形狀分v（1）、粉狀活性炭 一般將90%以上通過80目目標準篩或粒度小于0.175mm的活性炭通稱粉狀活性炭或粉狀炭。v 粉狀活性炭是非常微細的粉末，絕大部分可通過200 目篩網(wǎng)(74m) ，大部分可通過325目篩網(wǎng)(43m) ，粉的尺寸在1150m之間(平均約40m)。v 通常，炭粉越細，表面積大，吸附能力大，它對雜質(zhì)的吸附速度越大。故常將活性炭產(chǎn)品進行高度的破碎和篩選，得到微細的粉末。v 吸附特定

24、大分子有機物，對于木質(zhì)碳而言，250目的吸附效果比200目提高10.01，325目的比200目提高25.3；對于煤質(zhì)而言，250目的吸附效果比200目提高66.2，325目的比200目提高101.5。對于木質(zhì)和煤質(zhì)活性炭吸附特定大分子有機物效果比較，木質(zhì)遠遠優(yōu)于煤質(zhì)。粉狀炭的不足v 粉狀炭在使用時有吸附速度較快，吸附能力使用充分等優(yōu)點，但需專有的分離方法分離方法。隨著分離技術(shù)的進步和某些應(yīng)用要求的出現(xiàn)，粉狀炭的粒度有越來越細化的傾向，有的場合已達到微米甚至納米級。v 粉狀炭的缺點是再生比較困難再生比較困難，通常不再生使用粉狀炭需要相當大的混合池和沉淀池以及混合、沉淀、過濾、分離等多道工序，操作

25、困難，失效的活性炭不能再生使用，故消耗量較大(近年也有研究將它再生)。（2） 顆?；钚蕴縱 通常把粒度大于0.175mm的活性炭稱作顆料活性炭。 v 較早階段粉狀炭的產(chǎn)量與用量均超過粒狀炭。糖和藥品的脫色精制以及早期的水處理都以粉狀炭為主。后來隨著應(yīng)用范圍的擴大、使用工藝的改進，特別是再生方法與再再生方法與再生設(shè)備的解決生設(shè)備的解決，使粒狀炭的用量不斷上升。加上各種煤制粒狀炭的開發(fā)，使成本降低，汽量增加，因此粒狀活性炭的產(chǎn)量與用量逐漸超過了粉狀活性炭。v 六十年代以后，隨著環(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展，各國開始采用和建立大型的粒狀活性炭凈化自來水的裝置和工業(yè)廢水的凈化處理裝置。將粒狀活性炭裝在吸附塔或吸

26、附池內(nèi)，水以一定的流速通過活性炭裝填層，以達到凈化的目的?？梢蚤g隙或連續(xù)操作，失效的粒狀炭經(jīng)再生多次使用，明顯降低了炭的用量。使用中沒有二次淤渣使用中沒有二次淤渣和粉塵，也改善了操作條件和粉塵，也改善了操作條件。v 在氣相應(yīng)用方面，幾乎從一開始就主要采用粒狀炭，因為粉狀炭是難以使氣流順利通過的。v 美國六十年代初粒狀炭僅占活性炭年總產(chǎn)量的五分之一。而八十年代初，粒狀炭與粉狀炭己經(jīng)平分秋色，以后仍成逐步增長的趨勢。v 我國到七十年代末，粒狀炭產(chǎn)量大約僅占年總產(chǎn)量的四分之一，目前已經(jīng)超過一半。近幾年國內(nèi)再次掀起的“活性炭”熱新上馬的廠家大都以粒狀炭為主，而且更多的是以各種煤為基質(zhì)原料。、 不定型顆

27、料活性炭 v 不定型顆料活性炭一般由顆料狀原料經(jīng)炭化、活化，然后破碎篩分至需要粒度制成，也可以用粉狀活性炭加入適當?shù)恼辰Y(jié)劑經(jīng)適當加工而成。v 不定型顆?；钚蕴恳陨舷孪蕹叽绫硎玖６确秶?，用乘上100的數(shù)字標出，例如上限下限，3559，表示粒度的范圍為0.350.59mm。、園柱形活性炭 v 園柱形活性炭又稱柱狀炭，一般由粉狀原料和粘結(jié)劑經(jīng)混捏、擠壓成型再經(jīng)炭化、活化等工序制成。也可以用粉狀活性炭加粘結(jié)劑擠壓成型。柱狀炭又有實心和中空之分，中空柱狀炭是柱狀炭內(nèi)有人造的一個或若干個有規(guī)則的小孔。 v 圓柱形活性炭：以圓柱形的顆粒的橫截面的直徑表示，用乘上10的數(shù)字標出。例如圓柱體直徑30，表示圓柱體

28、橫截面的直徑為3mm。v柱狀活性炭、破碎活性炭和粉狀活性炭，主要規(guī)格有3.0、4.5、5.5 、7.0 , 4x8目、8x30目、12x40目、200目、325目等， 、 球形活性炭 v 球形活性炭故名思義是園球形的活性炭，它的制取方法與柱狀炭類似，但有成球過程。也可以用液態(tài)含碳原料經(jīng)噴霧造粒、氧化、炭化、活化制成，還可以用粉狀活性炭加粘結(jié)劑成球加工而成。球形活性炭也有實心和空心球形活性炭之分。 v 球形活性炭：以球形顆粒的直徑表示，用乘上10的數(shù)字標出。例如球形直徑為20，表示球體直徑為2mm。形狀最好，需造粒形狀最好，需造粒。 v球形活性碳具有壓降小，磨耗率低且容易操作之優(yōu)球形活性碳具有壓

29、降小，磨耗率低且容易操作之優(yōu)點，正常狀況下磨耗量約點，正常狀況下磨耗量約0.3g/m2。hr，大都利用，大都利用於流體化床的系統(tǒng)。於流體化床的系統(tǒng)。（3） 其它形狀的活性炭v 除了粉狀活性炭和顆粒活性炭兩大類外，還有其他形狀的，如活性炭纖維、活性炭纖維毯、活性炭布、蜂窩狀活性炭、活性炭板等等。、纖維狀活性碳纖維狀活性碳v活性炭纖維是指纖維直徑活性炭纖維是指纖維直徑810m活性炭，活性炭，v以粘膠絲、聚丙烯纖維等為原料，用氣體活化制成，比一以粘膠絲、聚丙烯纖維等為原料，用氣體活化制成，比一般活性炭有較大的吸附量、吸附速度和脫吸速度，并有可般活性炭有較大的吸附量、吸附速度和脫吸速度，并有可撓性，能

30、加工成各種形狀的撓性，能加工成各種形狀的織物織物。v主要目的是揉和粉末活性碳高面積、高吸附力及粒狀活性主要目的是揉和粉末活性碳高面積、高吸附力及粒狀活性碳壓降小、可再生的優(yōu)點，而且具有獨特的強度，可二次碳壓降小、可再生的優(yōu)點，而且具有獨特的強度，可二次加工，通常其吸脫附性能也頗良好。表面積高達加工，通常其吸脫附性能也頗良好。表面積高達2500m2/g2500m2/g。、表面塗佈之基材活性碳表面塗佈之基材活性碳 v 表面塗佈之基材活性碳多用於微量污表面塗佈之基材活性碳多用於微量污染物之去除，如潔淨室之淨化等。染物之去除，如潔淨室之淨化等。v 直接塗佈形，大都以陶瓷纖維紙或玻直接塗佈形，大都以陶瓷

31、纖維紙或玻璃纖維紙等耐燃性物質(zhì)為基材，先成型璃纖維紙等耐燃性物質(zhì)為基材，先成型為蜂巢狀，再將含有黏合劑之碳粉塗佈為蜂巢狀，再將含有黏合劑之碳粉塗佈分散於基材表面，此產(chǎn)品由於屬於較均分散於基材表面，此產(chǎn)品由於屬於較均一之薄薄一層，效率較高，且在高風速一之薄薄一層，效率較高，且在高風速流量時，例如；面速度流量時，例如；面速度2.5m/s2.5m/s壓降最低壓降最低（70Pa70Pa）。）。、活性碳活性碳混紡混紡織物織物v 三明治形，主要以不織布將微粒狀之活性碳三明治形，主要以不織布將微粒狀之活性碳夾在中間，此多做成折疊狀之濾材成品。夾在中間，此多做成折疊狀之濾材成品。v 由於碳粒與碳粒之間無法緊密

32、結(jié)合，一般而由於碳粒與碳粒之間無法緊密結(jié)合，一般而言，此類型之產(chǎn)品效率較差，無達到極低濃度言，此類型之產(chǎn)品效率較差，無達到極低濃度的去除效果，且使用時，壓降也較大。的去除效果，且使用時，壓降也較大。v 混紡形則為將碳粉加入高分子材料中，再製混紡形則為將碳粉加入高分子材料中，再製成絲後織成產(chǎn)物，亦有混入紙漿內(nèi)，再進行抄成絲後織成產(chǎn)物，亦有混入紙漿內(nèi)，再進行抄紙等製成產(chǎn)品，由於可添加之量有限，使用之紙等製成產(chǎn)品，由於可添加之量有限，使用之壽命較短，且價格較貴。壽命較短，且價格較貴。 本產(chǎn)品采用高效吸附過濾材料活性炭與無紡布復(fù)合型的本產(chǎn)品采用高效吸附過濾材料活性炭與無紡布復(fù)合型的過濾介質(zhì)，在既能過濾

33、液體中顆粒雜質(zhì)的同時，又能高效的過濾介質(zhì)，在既能過濾液體中顆粒雜質(zhì)的同時，又能高效的去除分解液體中的異味及化學(xué)污染物質(zhì)，如有機物、有害物去除分解液體中的異味及化學(xué)污染物質(zhì)，如有機物、有害物質(zhì)及重金屬，是液體過濾技術(shù)中的一種新型濾材。主要用于質(zhì)及重金屬，是液體過濾技術(shù)中的一種新型濾材。主要用于工業(yè)水的凈化處理，能有效去處水中異味及化學(xué)污染物質(zhì)。工業(yè)水的凈化處理，能有效去處水中異味及化學(xué)污染物質(zhì)。 適用于生活用水過濾，化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥制品、機械工業(yè)、適用于生活用水過濾，化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥制品、機械工業(yè)、電子行業(yè)及食品飲料行業(yè)的過濾與凈化電子行業(yè)及食品飲料行業(yè)的過濾與凈化活性炭紙活性炭紙Activated

34、 Carbon Paper 活性炭紙是經(jīng)特殊設(shè)計將優(yōu)質(zhì)活性炭粉制成的一種濾材。兼有活性炭的吸附功能和過濾微粒的性能，并可適應(yīng)纏繞或折疊等方式的機械加工，主要適用于水處理和空氣凈化?？酥?g/m2): 100-250厚度(mm): 0.4-1.2活性炭含量(%): 50透氣量 (L/min.100cm2): 225吸苯量 (mg/g): 200 60.00 元/kg 無紡布活性炭根據(jù)加工方無紡布活性炭根據(jù)加工方式不一樣，分單面活性炭式不一樣，分單面活性炭布、雙面活性炭布，夾炭布、雙面活性炭布，夾炭無紡布。具有良好的吸附無紡布。具有良好的吸附性能，厚度薄性能，厚度薄,透氣性好透氣性好, 易于熱合成

35、形，可有效吸易于熱合成形，可有效吸附各種工業(yè)廢氣，如苯、附各種工業(yè)廢氣，如苯、甲醛、氨氣、二氧化硫等。甲醛、氨氣、二氧化硫等。該產(chǎn)品目前已被廣泛應(yīng)用該產(chǎn)品目前已被廣泛應(yīng)用在中央空調(diào)過濾器、汽車在中央空調(diào)過濾器、汽車濾清器、防護服、活性炭濾清器、防護服、活性炭口罩，除臭鞋材等多個領(lǐng)口罩，除臭鞋材等多個領(lǐng)域。域。 4、按孔容分v（1） 大孔型活性炭：所含大孔、中大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，以大孔體積較大的活性炭?？?、微孔中，以大孔體積較大的活性炭。v（2） 細孔型活性炭：所含大孔、中細孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，以微孔體積較大的活性炭?？住⑽⒖字?，以微孔體積較大的活性炭。v活性炭

36、孔徑一般分為三類：大孔：活性炭孔徑一般分為三類：大孔：1000-1000000A過渡孔：過渡孔：20-1000A微微孔：孔：20A5、按機能分v高比表面積活性炭、分子篩活性炭、高比表面積活性炭、分子篩活性炭、添載活性炭、生物活性炭等添載活性炭、生物活性炭等v載銀活性炭載銀活性炭v載生物活性炭載生物活性炭6、按應(yīng)用場合分 v 前已述及活性炭廣泛應(yīng)用于幾乎所有國民經(jīng)濟部門和人們的日常生活，正因為如此，按活性炭應(yīng)用場合進行分類是很困難的，問題在于同一種活性炭可以應(yīng)用于多種場合，而某種場合又可以用多種活性炭達到相同的目的。人們往往是由應(yīng)用來獲得對活性炭的認識的，所以往往在活性炭詞語前冠似活性炭也作為的

37、定俗成的活性炭的模糊分類方法。如糖用活性炭、針劑活性炭、味精活性炭、凈水活性炭等。 v不同應(yīng)用幾乎都有相應(yīng)的品種，不勝枚舉。目前中外已有質(zhì)量標準的部分應(yīng)用有：v1、凈水用；2、糖液脫色用；3、味精精制用；4、防毒面具用；5、氣相色譜用；6、分析用；7、測試土壤用；8、測試AOX用；9、改正酒味酒香用；10、去放射性碘用；11、藥典級；12、食品添加劑級；13、化學(xué)試劑級。v 一般以用途為主分類一般以用途為主分類，定出各項指標規(guī)格，v指標按國家標準規(guī)定方法進行測定。 電子專用炭 本產(chǎn)品主要用于：電子行業(yè)的高純水凈化。具有吸附速度快、吸附能力強，化學(xué)純度高等特點。 項目指標： 粒 12-20目 度

38、 1.6-0.9mm % 96 ；碘值 mg/g 980； 強度 % 98 ；干燥減量 % 10 ；灰分 % 3 ；PH值 6-8 ；充填比重 0.4-0.45 電鍍專用炭電鍍專用炭 本產(chǎn)品主要用于鍍鎳、氫化鍍銅、鍍銀、及銅錫合金、本產(chǎn)品主要用于鍍鎳、氫化鍍銅、鍍銀、及銅錫合金、HEDP鍍銅、鍍烙等金屬精加工。產(chǎn)品吸附效果好，因鍍銅、鍍烙等金屬精加工。產(chǎn)品吸附效果好，因而使鍍屋無脆性并防止鍍層發(fā)花現(xiàn)象產(chǎn)生。而使鍍屋無脆性并防止鍍層發(fā)花現(xiàn)象產(chǎn)生。 項目指標：項目指標： 粒粒 50-80目目 度度 0.35-0.18mm % 95； 碘值碘值 mg/g 950 ；亞甲蘭脫色力；亞甲蘭脫色力 % 9

39、 ；充填比重；充填比重 0.37-0.45 ；干燥減量；干燥減量 % 10； 可溶性灰分可溶性灰分 在在HEDP鍍液中鍍液中顯陰性顯陰性杏殼凈水炭杏殼凈水炭 本產(chǎn)品具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，對凈化飲用水有極的本產(chǎn)品具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，對凈化飲用水有極的效能，能除去水中異臭、異味、氯、酚、汞、鉛、效能，能除去水中異臭、異味、氯、酚、汞、鉛、砷、等有害物質(zhì)，并提高色度，是裝填家庭、社會砷、等有害物質(zhì)，并提高色度，是裝填家庭、社會團體、賓館及高級凈化水生產(chǎn)設(shè)備的理想材料。團體、賓館及高級凈化水生產(chǎn)設(shè)備的理想材料。 一極品一極品 二極品二極品 粒粒 10-24目目 度度 2.0-0.8mm % 95 95；

40、 碘值碘值 mg/g 1000 900 ；亞甲蘭脫色力；亞甲蘭脫色力 ml 11 9； 強度強度 % 95 90 ；干燥減量；干燥減量 % 10 10 ；灼燒殘渣灼燒殘渣 % 3 3 ；充填比重；充填比重 0.45-0.5 0.45-0.5 ；PH值值 6-8 6-8油脂脫色活性炭油脂脫色活性炭 本產(chǎn)品用于工業(yè)油、礦物油、食用油的脫色、去雜味及膠本產(chǎn)品用于工業(yè)油、礦物油、食用油的脫色、去雜味及膠雜質(zhì)，廣泛用于食品工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的液相脫色與精制。雜質(zhì)，廣泛用于食品工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的液相脫色與精制。 項目指標：項目指標： 粒粒 20-40目目 度度 0.9-0.45mm % 98； 強度強度 % 9

41、2 ；碘值；碘值 mg/g 950 ；干燥減量；干燥減量 % 10 ；灰分；灰分 % 3 ；酸溶物酸溶物 % 0.2； 醇溶物醇溶物 % 3.5 ；氯化物；氯化物 % 0.10 ；鐵；鐵 % 0.15； 硫化物硫化物 % 0.15； 重金屬重金屬 % 0.005； 充填比充填比重重 0.37-0.45 PH值值 6-8粉狀活性炭粉狀活性炭 本產(chǎn)品主要用于味精、檸檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清本產(chǎn)品主要用于味精、檸檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清涼飲料葡萄和搞菌素等的脫色提純。涼飲料葡萄和搞菌素等的脫色提純。 項目指標項目指標 ：粒度：粒度100目目 0.15mm % 95 ；亞甲蘭脫色力；亞甲蘭脫色

42、力 ml 11 ；碘吸附值；碘吸附值 mg/g 950 ；總鐵量；總鐵量 % 0.10 ；干燥減；干燥減量量 % 10 ；氯化物；氯化物 % 0.20 ；灼燒殘渣；灼燒殘渣 % 3 ；PH值值 6-8味精專用炭味精專用炭 本產(chǎn)品主要供味精工業(yè)裝填吸附塔進行味精母液的本產(chǎn)品主要供味精工業(yè)裝填吸附塔進行味精母液的連續(xù)脫色，提高味精的質(zhì)量，減少粉狀活性炭消耗量，還可裝連續(xù)脫色，提高味精的質(zhì)量，減少粉狀活性炭消耗量，還可裝填各種塔柱在醫(yī)藥工業(yè)上供液相連續(xù)脫色，也可用有機溶劑等填各種塔柱在醫(yī)藥工業(yè)上供液相連續(xù)脫色，也可用有機溶劑等工業(yè)的脫色、除臭和精制。工業(yè)的脫色、除臭和精制。 項目指標：項目指標： 粒

43、粒 24-48目；目； 度度 0.8-0.35mm % 95； 碘值碘值 mg/g 1000； 強度強度 % 92 ；亞甲蘭脫色力；亞甲蘭脫色力 ml 13 ；干燥減量；干燥減量 % 10 ；充填比重；充填比重 0.37-0.45 ；總鐵量；總鐵量 % 0.10； PH值值 5-7顆粒空氣凈化炭顆?？諝鈨艋?主要用途：本品用于氣相吸附領(lǐng)域，回收醇、酯、烴和芳香族主要用途：本品用于氣相吸附領(lǐng)域，回收醇、酯、烴和芳香族等有機溶劑，也可用于空氣過濾、凈化、去除有害氣體等。等有機溶劑，也可用于空氣過濾、凈化、去除有害氣體等。 項目指標項目指標 ：粒：粒 4-10目；目； 度度 5.44-2.0mm

44、% 85； 碘值碘值 mg/g 1000 ；強度；強度 % 96 ；干燥減量；干燥減量 % 10 ；充填比重；充填比重 0.4-0.5 ；PH值值 6-8活性炭過濾棉活性炭過濾棉 纖維狀活性炭濾棉是以優(yōu)質(zhì)粉狀活性炭為吸附材料，將其載附在纖維狀活性炭濾棉是以優(yōu)質(zhì)粉狀活性炭為吸附材料，將其載附在空氣過濾無紡纖維基體之上制成，具有良好的吸附性和集塵效果，空氣過濾無紡纖維基體之上制成，具有良好的吸附性和集塵效果，成型性好成型性好(任意裁剪、折疊任意裁剪、折疊)、強度高、氣流阻力較小，主要用于油、強度高、氣流阻力較小，主要用于油煙凈化；各種家用、車用空調(diào)、空氣過濾器配套；水質(zhì)凈化、氣煙凈化；各種家用、車

45、用空調(diào)、空氣過濾器配套；水質(zhì)凈化、氣相吸附等。它可單獨使用，去除微塵、煙霧、臭味、及揮發(fā)性有相吸附等。它可單獨使用，去除微塵、煙霧、臭味、及揮發(fā)性有機污染物苯、甲醛等；亦可與超細熔噴纖維、粗效過濾棉復(fù)合，機污染物苯、甲醛等；亦可與超細熔噴纖維、粗效過濾棉復(fù)合，達到更高濾塵、除臭功效。達到更高濾塵、除臭功效。 可根據(jù)客戶要求定制、按相應(yīng)尺寸裁可根據(jù)客戶要求定制、按相應(yīng)尺寸裁剪。剪。 主要指標：主要指標：(以厚度以厚度4mm濾材測試濾材測試) 炭含量：炭含量：40% ；苯吸附：；苯吸附： 15% ；四氯化炭吸附：；四氯化炭吸附：35% ；阻；阻 力：氣體流量為力：氣體流量為0.8升升/秒秒.平平方

46、厘米方厘米 ；壓降；壓降 0.8 pa7、再生炭v以用過的廢炭為原料，進行再活化處理的再以用過的廢炭為原料，進行再活化處理的再生炭生炭(ReactivatedCarbon)，v與原生活性炭與原生活性炭(Virgin Active Carbon)相區(qū)分，相區(qū)分，在國外是一類重要商品。在國外是一類重要商品。v降低活性炭使用成本的主要途徑。降低活性炭使用成本的主要途徑。8、活性炭雕、活性炭雕第二節(jié)第二節(jié)、活性炭的微觀結(jié)構(gòu)活性炭的微觀結(jié)構(gòu)一、微晶微晶質(zhì)炭質(zhì)炭材料的研究手段材料的研究手段二、游離態(tài)碳的存在方式二、游離態(tài)碳的存在方式三、三、活性炭的活性炭的微晶結(jié)構(gòu)微晶結(jié)構(gòu) 一、一、微晶質(zhì)炭材料的研究手段微

47、晶質(zhì)炭材料的研究手段 1、微晶質(zhì)炭中的元素組成、微晶質(zhì)炭中的元素組成、含量及存在方含量及存在方式的研究：式的研究：元素分析、紅外光譜、元素分析、紅外光譜、X X射線光電射線光電子能譜、核磁共子能譜、核磁共 振等。振等。 2、類石墨類石墨微晶結(jié)構(gòu)微晶結(jié)構(gòu)及其含量的研究：及其含量的研究：高分高分辨率透射電子顯微鏡、辨率透射電子顯微鏡、X X射線衍射、拉曼光譜射線衍射、拉曼光譜等等。 3 3、炭化過程中炭化過程中物質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)物質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)變變化化的研究：的研究：偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電電子自旋共振子自旋共振。 4 4、孔隙結(jié)構(gòu)孔隙結(jié)構(gòu)的解析：的解析：

48、液氮吸附孔隙解析儀液氮吸附孔隙解析儀和壓汞法解析孔隙結(jié)構(gòu)和壓汞法解析孔隙結(jié)構(gòu),BET-,BET-比表面測定儀比表面測定儀 5 5、電子結(jié)構(gòu)的分析：、電子結(jié)構(gòu)的分析：電子自旋共振光譜電子自旋共振光譜。 二、游離態(tài)碳的存在方式二、游離態(tài)碳的存在方式(一一)、結(jié)晶態(tài)炭結(jié)晶態(tài)炭單質(zhì)單質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)1、 金剛石金剛石 碳原子：碳原子：SP3雜化；雜化； 鍵長：鍵長：0.154nm 維度：三維，立體結(jié)構(gòu)維度：三維，立體結(jié)構(gòu) 白色、白色、堅硬堅硬的結(jié)晶體。的結(jié)晶體。碳原子以共價碳原子以共價鍵的形式有序地排列成正四面體鍵的形式有序地排列成正四面體，即，即每個居正四面體中心的碳原子與四個每個居正四面體中

49、心的碳原子與四個居頂點的碳原子以共價鍵形式聯(lián)結(jié)，居頂點的碳原子以共價鍵形式聯(lián)結(jié)，形成堅固的骨架結(jié)構(gòu)形成堅固的骨架結(jié)構(gòu) 。刀片，鋸片，鉆頭，砂輪等刀片，鋸片，鉆頭，砂輪等有句老話叫做有句老話叫做“你沒有金鋼鉆，就別攬瓷器活你沒有金鋼鉆，就別攬瓷器活”， 人造人造金剛石金剛石:2000高溫和高溫和5.5萬個大氣壓萬個大氣壓 2、石墨 碳原子：碳原子：SP2雜化；雜化； 鍵長：鍵長：0.143nm 層間距：層間距：0.335nm； 維度：二維，平面結(jié)構(gòu)。維度：二維，平面結(jié)構(gòu)。v每個層可以看作一個大分子，石墨每個層可以看作一個大分子，石墨整體由許多相互平行的層片組成，整體由許多相互平行的層片組成，兩層

50、間距兩層間距0. 335 .m。對每個碳原子。對每個碳原子來說。它的四個電子只有三個與它來說。它的四個電子只有三個與它在同平面層內(nèi)另外三個碳原子形成在同平面層內(nèi)另外三個碳原子形成共價鍵，一個電子是自由電子，整共價鍵，一個電子是自由電子，整層形成一個大層形成一個大鍵，二層間就是靠鍵，二層間就是靠鍵聯(lián)結(jié)，引力較弱相當于分子間鍵聯(lián)結(jié)，引力較弱相當于分子間的范德華引力。故石墨層間很容易的范德華引力。故石墨層間很容易剝離，顯各向異性剝離，顯各向異性 ，層與層之間，層與層之間很容易滑動，硬度較小。很容易滑動，硬度較小。 電子、機電、通訊、印刷、航空航電子、機電、通訊、印刷、航空航天、軍事天、軍事 石墨炸彈

51、 是一種深灰色的是一種深灰色的有金屬光澤而不透明有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體。的細鱗片狀固體。石墨石墨很軟很軟，有滑膩感。，有滑膩感。在紙上畫過能留下深在紙上畫過能留下深灰色的痕跡。灰色的痕跡。此外，石墨還具有優(yōu)此外，石墨還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。良的導(dǎo)電性能。 石墨石墨3、富勒碳：C60（巴基球，足球烯 ）碳原子：碳原子：SPSP2 2雜化雜化 鍵長：五邊形的邊為單鍵，鍵長：五邊形的邊為單鍵，鍵為鍵為.1455nm.1455nm，六邊形所共有的邊為雙鍵，六邊形所共有的邊為雙鍵，鍵長鍵長0.1391nm0.1391nm。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1212個正五邊形和個正五邊形和2020個正六邊形鑲嵌而成的

52、具有個正六邊形鑲嵌而成的具有3232個面和個面和6060個連接點的球狀個連接點的球狀分子。分子。 維度：零維維度：零維獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化學(xué)性學(xué)性富勒烯富勒烯 1985年，英國Sussex大學(xué)的H. W. Kroto等人用激光作石墨的氣化試驗發(fā)現(xiàn)了C60，這是一種由60個碳原子組成的穩(wěn)定原子簇。此后又發(fā)現(xiàn)了C50、C70、C240乃至C540，它們都是具有空心的球形結(jié)構(gòu)，屬于籠形碳原子簇分子。由于C60的結(jié)構(gòu)類似建筑師Buckminster Fuller設(shè)計的 圓 頂 建 筑 ， 因 而 稱 為 富 勒 烯(Fullerend)，也有布基球、足球烯、球碳、籠碳等名稱

53、。 以C60為代表的富勒烯是繼金剛石、石墨后發(fā)現(xiàn)的第3種碳的同素異形體。在富勒烯中，人們對C60研究得最深入。它獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化學(xué)性質(zhì)備受國際科學(xué)界的關(guān)注，其研究不僅涉及到化學(xué)的各個分支，而且還涉及到生命科學(xué)、材料科學(xué)及固體物理等諸多領(lǐng)域。因此，C60是20世紀的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。Kroto等人因此而榮獲1996年諾貝爾化學(xué)獎。C60 碳籠原子簇的應(yīng)用盡管有相當多的報道，但仍處于研究階段，其應(yīng)用前景無法估量。從化學(xué)和材料科學(xué)的角度來看，它們都具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。 富勒烯的應(yīng)用前景富勒烯的應(yīng)用前景 其中最早令人關(guān)注的是金屬摻雜富勒烯的超導(dǎo)性。 由于室溫下富勒烯是分子晶體，面心立

54、方晶格的C60的能帶結(jié)構(gòu)表明是半導(dǎo)體，能隙為1.5eV。但經(jīng)過適當?shù)慕饘贀诫s后，都能變成超導(dǎo)體。 摻雜富勒烯超導(dǎo)體有兩個特點: 一是與一維有機超導(dǎo)體和三維氧化物超導(dǎo)體不同，摻雜富勒烯超導(dǎo)體是各向同性非金屬三維超導(dǎo)體; 二是超導(dǎo)臨界溫度Tc比金屬超導(dǎo)體高，如摻雜I的IxC60的Tc已達57 K。據(jù)推測，若C540的合成獲得突破，其摻雜物可能是室溫超導(dǎo)體。4、卡賓碳，線型碳線型碳 碳原子：SP雜化； 維度：一維，線形結(jié)構(gòu)，國外學(xué)術(shù)界稱之為Carbyne (卡拜)，源自分子中的 共軛三鍵結(jié)構(gòu) (CC)n 。 早在20世紀50年代就有人從理論上預(yù)言了線型碳分子的存在。1968年，前西德科學(xué)家在Riss

55、火山口的石墨片麻巖中發(fā)現(xiàn)了與石墨層交替出現(xiàn)的薄膜線型碳，后來又在含碳球粒隕石和星際粉塵中發(fā)現(xiàn)了多種結(jié)晶形態(tài)的線型碳。由于理論上預(yù)言線型碳可能是一種室溫超導(dǎo)體及超強纖維材料室溫超導(dǎo)體及超強纖維材料，因而很大程度上激勵了各國研究者的研究熱情。 線型碳的惰性及結(jié)構(gòu)特征使其可能成為優(yōu)于碳纖維的超強纖維。線型碳對生物體的親合性優(yōu)于高分子材料，可能成為性能優(yōu)異的生物醫(yī)學(xué)材料。有報道，俄羅斯科學(xué)家已將線型碳用作外科手術(shù)的縫合線及人造動物器官，并申請了發(fā)明專利。 線型碳可能提供一個非高溫高壓條件下合成金剛非高溫高壓條件下合成金剛石的新途徑石的新途徑。至于令人關(guān)注的常溫超導(dǎo)性，盡管至今的實驗結(jié)果令理論工作者失望

56、，但須說明的是已報導(dǎo)的人工合成線型碳并非直線型的高分子線型碳。如果能夠合成無限長鏈的直線型線型碳晶體，就可能解開這個謎。線型碳的應(yīng)用前景線型碳的應(yīng)用前景5、碳納米管碳原子：SP2雜化； 結(jié)構(gòu)：管狀； 維度：一維； 分類：單壁和多壁碳納米管； 碳納米管的結(jié)構(gòu)碳納米管的結(jié)構(gòu) 納米碳管有許多特異的物理性能。如納米碳管的熱導(dǎo)與金剛石相近，電導(dǎo)高于銅。但納米碳管的應(yīng)用研究還在探索階段： (1)高強度碳纖維高強度碳纖維 材料理論計算表明，納米碳管的抗張強度比鋼高100倍，但重量只有鋼的六分之一。其長度是直徑的幾千倍，5萬個并排起來才有人的一根頭發(fā)那么寬，因而號稱“超級纖維”。 (2)復(fù)合材料復(fù)合材料 近年

57、的研究表明，納米碳管與介孔固體(孔徑在250 nm的多孔固體)組裝，形成介孔復(fù)合體，將是一種特殊性能的新型材料。 碳納米管的碳納米管的應(yīng)用應(yīng)用 (3)納米電子器件納米電子器件 由于碳納米管壁能被某些化學(xué)反應(yīng)所“溶解”，因此它們可以作為易于處理的模具。只要用金屬灌滿碳納米管，然后把碳層腐蝕掉，即可得到納米尺度的導(dǎo)線。 研究人員還發(fā)現(xiàn)碳納米管本身就具有比普通石墨材料更好的導(dǎo)電性，因此碳納米管不僅可用于制造納米導(dǎo)線的模具，而且還能夠用來制造導(dǎo)線本身。 美國已用納米碳管成功地制備了納米碳化鈦、碳化鐵、碳化鋁等納米棒，在納米碳化鈮棒中還發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。將納米管組裝到有機高分子PCM1中，其電導(dǎo)可提高幾個

58、數(shù)量級。 我國利用碳納米管研制出新一代顯示器。這種顯示器不僅體積小、重量輕、省電、顯示質(zhì)量好，而且響應(yīng)時間僅為幾微秒，從4585 都能正常工作。這一成果標志著我國在碳納米管應(yīng)用上取得了重要突破, 并臍身于碳納米管場發(fā)射研究領(lǐng)域的世界先進行列。 (4)催化纖維和膜工業(yè)催化纖維和膜工業(yè) 碳納米管還可作為其他金屬和金屬氧化物催化劑的載體，最大限度地提高催化劑的效率。碳納米管“列陣”制成的取向膜，可被用作場發(fā)射器件，也可被制成濾膜，由于膜也為納米級，可對某些分子和病毒進行過濾，從而使超濾膜進入一個嶄新的天地。碳碳單質(zhì)單質(zhì)的同素異形體的比較的同素異形體的比較 分子軌道分子軌道 結(jié)合方式結(jié)合方式 同素異形

59、體種類同素異形體種類 性能性能 SP3 四面體，四面體，三維三維 金剛石金剛石 不導(dǎo)熱，不導(dǎo)電，不導(dǎo)熱，不導(dǎo)電，強度大強度大 SP2 平面，零維、平面，零維、一維或二維一維或二維 石墨，富勒烯，石墨，富勒烯，碳納米管碳納米管 導(dǎo)熱，導(dǎo)電，質(zhì)導(dǎo)熱，導(dǎo)電，質(zhì)軟軟 SP 線形，一維線形，一維 卡賓卡賓 化學(xué)惰性化學(xué)惰性,常溫超導(dǎo)性常溫超導(dǎo)性(二) 、微晶質(zhì)炭微晶質(zhì)炭的微觀結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu) 1、微晶質(zhì)炭微晶質(zhì)炭定義：以定義：以石墨狀微晶為結(jié)構(gòu)石墨狀微晶為結(jié)構(gòu)主體的游離態(tài)主體的游離態(tài) 碳類物質(zhì)。碳類物質(zhì)。2 2、類石墨微晶、類石墨微晶：也是由多層也是由多層SP2雜化的碳原子構(gòu)成的六雜化的碳原子構(gòu)成的六角角

60、形網(wǎng)狀平面層疊而成與石墨結(jié)構(gòu)類似的微晶形網(wǎng)狀平面層疊而成與石墨結(jié)構(gòu)類似的微晶炭炭結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 類石墨微晶與石墨晶體結(jié)構(gòu)的異同之處類石墨微晶與石墨晶體結(jié)構(gòu)的異同之處a a）類石墨微晶中相鄰的六角形網(wǎng)狀平面（以下都）類石墨微晶中相鄰的六角形網(wǎng)狀平面（以下都簡稱為碳網(wǎng)平面）之間的距離（即層間距）比石簡稱為碳網(wǎng)平面）之間的距離（即層間距）比石墨晶體中的層間距大，有的達到墨晶體中的層間距大，有的達到0.350.350.37nm0.37nm，（石墨（石墨層間距層間距0.335nm） 且不同部位的層間距不一定相同；且不同部位的層間距不一定相同；b b）類石墨微晶中碳網(wǎng)平面不全部是以平行的方式）類石墨微晶中碳