常用吸附劑活性炭

關(guān)于常用吸附劑活性炭第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三目錄1234簡介制備工藝流程性能特點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三1簡介活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳?；钚蕴恐鞒煞殖颂家酝膺€有氧、氫等元素。活性炭在結(jié)構(gòu)上，由于微晶碳是不規(guī)則排列，在交叉連接之間有細(xì)孔，活化時(shí)會產(chǎn)生碳組織缺陷，因此它是一種多孔性含碳物質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸附能力。它不僅可以作為吸附劑，還可以作為脫色劑和催化劑載體，使它在化學(xué)工業(yè)、國防工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、食品工業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三1簡介活性炭的種類由于原料來源、制造方法、外觀形狀和應(yīng)用場合不同，活性炭的種類很多，到目前為止尚無精確的統(tǒng)計(jì)，大約有上千個品種。

按原料來源分：1.木質(zhì)活性炭2.獸骨活性炭

3.礦物質(zhì)原料活性炭

4.再生活性炭

5.其它原料的活性炭

按制造方法分：1.化學(xué)法活性炭（化學(xué)炭）

2.物理法活性炭（物理炭）3.化學(xué)–物理法活性炭按外觀形狀分：1.粉狀活性炭2.顆粒活性炭3.不定型顆料活性炭4.圓柱形活性炭5.球形活性炭6.其它形狀的活性炭按孔徑大小分：1.大孔（孔徑>500A°）2.過渡孔（孔徑20A～500A°）3.微孔（孔徑<20A°）第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三1簡介生活中常見的活性炭木質(zhì)活性炭

：以木屑、木炭等

制成的活性炭果殼活性炭：以椰子殼、核桃殼、杏核

殼等制成的活性炭第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三1簡介煤質(zhì)活性炭：以褐煤、泥煤、煙煤、

無煙煤等制成的活性炭

再生活性炭

：以用過的廢炭為原料，進(jìn)行

再活化處理的再生活性炭

第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程活性炭的制備主要包括炭化和活化兩個階段。2.1、炭化所謂炭化就是把有機(jī)原料在隔絕空氣的條件下加熱以減少非碳成分，制出適合于后一步活化反應(yīng)的碳質(zhì)材料。炭化通常都在1000℃以下進(jìn)行，有下面3個階段。①在400℃以下，發(fā)生脫水，脫酸等一次分解反應(yīng)，但炭中還殘存—O—結(jié)合②在400-700℃，—O—結(jié)合被破環(huán)，氧以H2O，CO，CO2等形式析出而芳核間的結(jié)合開始形成。③脫氫，芳核間大量產(chǎn)生并直接結(jié)合，形成二維平面結(jié)構(gòu)的中間物，同時(shí)結(jié)合上—CH2—，形成三維立體結(jié)構(gòu)。第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程2.1.1、炭化主要目的（1）排除成型料中的揮發(fā)份及水分；（2）提高炭化料強(qiáng)度，煤焦油中的瀝青成分形成了基本骨架；（3）使炭顆粒形成初步孔隙。2.1.2、溫度對炭化的影響炭化溫度直接影響炭化產(chǎn)物的孔隙結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。溫度過低炭化產(chǎn)物無法形成足夠的機(jī)械強(qiáng)度，溫度過高則會促使炭化產(chǎn)物中的石墨微晶有序變化，減少微晶之間的空隙，影響活化造孔過程。

第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程2、活化所謂活化就是賦予炭顆?；钚?，使炭形成多孔的微晶結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達(dá)的表面積的過程。活化方法通常有三種，即化學(xué)藥品活化法、物理化學(xué)聯(lián)合活化法和物理活化法（1）化學(xué)藥品活化法即將含碳原料與化學(xué)藥品活化劑混捏，然后炭化、活化制取活性炭。藥品有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及K2S等。（2）物理化學(xué)聯(lián)合活化法一般先進(jìn)行化學(xué)藥品活化，然后進(jìn)行物理活化。由物理活化法特別是用水蒸氣活化制成的產(chǎn)品，微孔發(fā)達(dá)，對氣相物質(zhì)有很好的吸附力；由化學(xué)藥品活化法制得的活性炭次微孔發(fā)達(dá)，多用于液相吸附。（3）物理活化法（氣體活化法）在活化過程中通入氣體活化劑如二氧化碳，水蒸氣，空氣等。第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程2.2.1、影響炭活化的主要因素

(1)活化溫度的影響活化是炭和活化劑在高溫下進(jìn)行的反應(yīng)。隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均勻活化。在不同的活化溫度下，生產(chǎn)的活性炭孔結(jié)構(gòu)不同?；罨瘻囟冗^高，微孔減少，吸附力下降。一般水蒸氣活化法的活化溫度控制在800-950℃，煙道氣的活化溫度控制在900-950℃，空氣的活化溫度控制在600℃左右。第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程炭的氣化燃燒反應(yīng)的相對速度(800℃,10.1KPa)在相同的溫度下，不同的活化劑化學(xué)性質(zhì)不同，它與炭的反應(yīng)速度也不同。從上表中可以看出空氣、水蒸氣和二氧化碳活化的相對速度對比。如炭和氧的反應(yīng)速度較快，活化溫度只需600℃左右即可；而用水蒸氣則需800-950℃。但由于水蒸氣能充分地?cái)U(kuò)散到炭的微孔內(nèi)，使活化反應(yīng)能在整個炭顆粒內(nèi)均勻進(jìn)行，所以得到比表面積大、吸附能力強(qiáng)的活性炭?？偟恼J(rèn)為，CO2和水蒸汽作為活化劑活化的效果較好。(2)活化劑種類對活化過程的影響第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程（3）原料煤性質(zhì)的影響不同的煤種，含碳量、含氧量、含氫量都不同，煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)也不同，所以炭化后得到的半焦特性也不同。在一定溫度下，對活化劑反應(yīng)的速率也不盡相同。因此，原料煤不同，選用的活化生產(chǎn)工藝略有不同。無煙煤為原料的活化溫度可比煙煤的活化溫度高20-30℃。（4）炭化溫度的影響煤的炭化溫度直接影響炭化料的孔隙結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，從而影響半焦的性質(zhì)，尤其是最終溫度。炭化終溫過高，會造成炭化料表面收縮形成易石墨化炭層，造成活化難度增加。第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程(5)活化劑流速及濃度的影響活化劑的流速大，它與炭反應(yīng)速率增加，使燒失率增加，產(chǎn)生不均勻活化，導(dǎo)致微孔減少。活化劑流速低時(shí)，孔容積反而增加，因此活化劑適當(dāng)?shù)牧魉偈潜ＷC活性炭質(zhì)量的因素之一。下表是水蒸氣用量與活化時(shí)間的關(guān)系。以水蒸氣為活化劑，在一定溫度下水蒸氣的用量大，可以縮短活化時(shí)間，但在不同的溫度下，縮短的活化時(shí)間不同。經(jīng)過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，活化溫度在850℃增加到930℃時(shí)，CO2的濃度可提高一倍。CO2作為活化介質(zhì)，其濃度提高可加快反應(yīng)速度。第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程(6)炭化料灰分的影響炭化料中無機(jī)成分在炭化和活化過程中，大部分轉(zhuǎn)化為灰分，它是影響活性炭強(qiáng)度主要因素，在灰分與碳接觸的界面上，灰分會造成裂紋，影響活性炭的強(qiáng)度。無機(jī)物中的堿金屬，銅，鐵等氧化物和碳酸鹽，對碳和水蒸氣的反應(yīng)有催化作用，因此，在炭化料中加入少量的鈷、鐵、釩、鎳等氧化物，可加速碳與水蒸氣的反應(yīng)。(7)炭粒度的影響炭顆粒小，活化速度快，這是顯而易見的道理。粒度過大，活化反應(yīng)受活化劑在炭顆粒內(nèi)擴(kuò)散速度的影響，活化劑與炭的接觸面積小，會發(fā)生顆粒外部已燒失，而內(nèi)部還未活化的現(xiàn)象。顆粒過小，活化氣流通過阻力加大，也達(dá)不到均勻活化的目的，因此炭粒的粒度直接影響活化速度和活化均勻程度，炭的粒度要均勻。在反應(yīng)過程中，炭粒度逐漸變小，有利于活化，但灰分附在炭顆粒外表面，會影響活化劑的作用。第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2制備工藝流程2.3、活性炭的生產(chǎn)工藝流程圖以太西無煙煤作為主原料為例。原料煤入廠后，被粉碎到一定細(xì)度（一般為200目），然后配入適量黏結(jié)劑（一般為煤焦油）在混捏設(shè)備中混合均勻，然后在一定壓力下用一定直徑模具擠壓成炭條，炭條經(jīng)炭化、活化后，經(jīng)篩分、包裝制成成品活性炭第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)吸附特性催化劑載體可再生性C第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3性能特點(diǎn)活性炭的吸附特性主要依靠兩個方面：①自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)②分子之間相互吸附的作用力。而自身獨(dú)特的空隙結(jié)構(gòu)是活性炭具有吸附特性的主要原因。吸附特性

第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3性能特點(diǎn)因?yàn)榛钚蕴績?nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，,有很大的表面積,而且炭粒中還有更細(xì)小的孔----毛細(xì)管.這種毛細(xì)管具有很強(qiáng)的吸附能力,由于炭粒的表面積很大,能與氣體(雜質(zhì))充分接觸,當(dāng)這些氣體(雜質(zhì))碰到毛細(xì)管就被吸附,所以活性炭有著很強(qiáng)的吸附特性。

①自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3性能特點(diǎn)因?yàn)榉肿又g擁有相互吸引的作用力，就象磁力一樣，所有的分子之間都具有相互引力。正因?yàn)槿绱?，活性炭孔壁上的大量的分子可以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，從而達(dá)到將有害的雜質(zhì)吸引到孔徑中的目的，直到添滿活性炭內(nèi)孔隙為止②分子之間相互吸附的作用力第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3性能特點(diǎn)催化劑載體特性

由于活性炭具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)、巨大的內(nèi)表面積和很好的耐熱性、耐酸性、耐堿性，可作為催化劑的載體。例如，有機(jī)化學(xué)中加氫、脫氫環(huán)化、異構(gòu)化等的反應(yīng)中，活性炭是鉑、鈀催化劑的優(yōu)良載體。以活性炭作為催化劑載體的作用：①分散作用多相催化是一種界面現(xiàn)象，因此要求催化劑的活性組分具有足夠的表面積，這就需要提高活性組分的分散度，使其處于微米級和原子級的分散狀態(tài)。載體可以分散活性組分為很小的粒子，并保持其穩(wěn)定性。②穩(wěn)定化作用載體可以對催化劑起到穩(wěn)定化作用，防止活性組分的微晶發(fā)生半熔或再結(jié)晶。③支撐作用載體可賦予固體催化劑一定的形狀和大小，使之符合工業(yè)反應(yīng)對其流體力學(xué)條件的要求④傳熱和稀釋作用對強(qiáng)放熱或強(qiáng)吸熱反應(yīng)，通過選用導(dǎo)熱性好的催化劑載體，可以及時(shí)移走反應(yīng)熱量，防止催化劑表面溫度過高。⑤助催化作用載體除上述物理作用外，還有化學(xué)作用。載體和活性組分或助催化劑產(chǎn)生化學(xué)作用會導(dǎo)致催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性發(fā)生變化。第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3性能特點(diǎn)活性炭在環(huán)境保護(hù)，工業(yè)與民用方面己被大量使用，并且取得了相當(dāng)?shù)某尚?，然而活性炭在吸附飽合被更換后，若使用單位均將其廢棄，掩埋或燒掉，會造成資源的浪費(fèi)和對環(huán)境的再污染。因此活性炭的可再生性具有格外重要的意義。活性炭吸附是一個物理過程，可以采用高溫蒸汽將使用過的活性炭內(nèi)之雜質(zhì)進(jìn)行脫附，并使其恢復(fù)原有之活性，以達(dá)到重復(fù)使用的目的，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。再生后的活性炭其用途仍可連續(xù)重復(fù)使用及再生。但每次再生約損耗5～10％，且吸附容量也會逐次減少可再生性

第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4應(yīng)用實(shí)例活性炭作為優(yōu)良的吸附劑，常用于水體凈化、空氣的凈化、工業(yè)廢氣回收、貴重金屬的回收及提煉等。其應(yīng)用范圍涉及化學(xué)工業(yè)、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域、催化及電化學(xué)電源，在環(huán)境保護(hù)和人類生活中起著重要作用第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4應(yīng)用實(shí)例活性炭在液相中主要用于包括水處理、食品工業(yè)脫色及貴金屬回收等。其中，水處理主要應(yīng)用在飲用水的凈化、廢水處理、工業(yè)用水處理這三大方面?；钚蕴吭跉庀辔街械膽?yīng)用主要包煙道氣、工業(yè)廢氣的處理和凈化、生活空氣凈化、油氣回收及毒氣防護(hù)等。

活性炭本身就具有催化活性，一般可單獨(dú)作為催化劑使用。也可以作為催化劑載體，負(fù)載活性離子。此外，活性炭還可用于土壤的污染治理、儲氫、作為新型儲能器件的電極材等。在液相吸附中的應(yīng)用在氣相吸附中的應(yīng)用在催化方面的應(yīng)用第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4應(yīng)用實(shí)例球形活性炭是20世紀(jì)70年代后期由日本、美國、聯(lián)邦德國和蘇聯(lián)等工業(yè)發(fā)達(dá)的國家研制開發(fā)成功的一種高檔活性炭新品種，80年代后后期逐漸進(jìn)入工業(yè)化階段。球形活性炭具有均勻的球形外表，表面光滑、力學(xué)強(qiáng)度高、比表面積大、耐磨損、耐腐蝕，長期使用掉屑少，產(chǎn)品雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)。日本大阪瓦斯公司以中間相瀝青為原料微球?yàn)樵?，以KOH為活化劑，制的比表面積高達(dá)3000~4600m2∕g的超高比表面積活性炭微球。制備球型活性炭的原料有：煤、高分子和瀝青。（一）活性炭微球第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4應(yīng)用實(shí)例制備工藝流程如下：煤瀝青或石油渣油高軟化點(diǎn)瀝青瀝青球不熔化瀝青球球型活性炭調(diào)制球形化添加劑不熔化氧化介質(zhì)250~400℃碳化，活化