201407052119活性碳 介紹及應用


活性碳 表面可用孔越多品質越高

未經過活化的碳吸附能力跟有經過活化的活性碳吸附能力差很多

在淨水應用上製成活性碳的原料:椰子殼>木材>煤碳>原油/高分子材料

椰殼製成的椰殼活性碳是最高等級

 

活性碳對於氯的吸附能力效果相當好,幾呼達到100%吸附

活性碳具有多孔性的結構,表面積很多,每5公克的活性碳大約有1個籃球場大的面積,

因此可提供許多污染物停留在表面上(稱之為吸附)。

當自來水通過活性碳濾水器時,水中有機物如農藥、三鹵甲烷、臭味分子等,

均會被活性碳吸附而達到淨水的功能。由於活性碳的表面積大,

因此自來水水中造成氯味的物質也會與碳表面反應而達到降低氯味。

此外,活性碳對於少部分重金屬亦有部分的去除效果。

活性碳濾水器並非萬能,例如對水中陰離子型態的污染物,如硝酸鹽則無顯著去除效果,

對重金屬的去除也有限,且細菌可附著於活性碳顆粒表面,生長成生物膜,

反而造成濾心中細菌數增加的情形。此外,對於水中硬度的去除,活性碳則無明顯效果。

活性碳濾水器最佳使用時機是在氯味重及三鹵甲烷、農藥及臭味等有機物含量高的地區。

 

活性碳是黑色粉末狀或顆粒狀的無定型碳。活性炭主成分除了碳以外還有氧、氫等元素。活性炭在結構上由於微晶碳是不規則排列,在交叉連接之間有細孔,在活化時會產生碳組織缺陷,因此它是一種多孔碳,堆積密度低,比表面積大。

活性炭的孔隙半徑大小可分為:

·大孔:半徑 > 20 000nm

·過渡孔:半徑150 20 000nm

·微孔:半徑 < 150nm

活性炭的成品有粉末炭、造粒炭與破碎炭。

歷史

20世紀初活性炭作為專利被發明之前,歷史上有文獻記載與許多提法的更多的是關於木炭應用的歷史。

公元前3750年,已知最早使用木炭的是埃及人和蘇美爾人。公元前1550年,古埃及有木炭作為醫用的記載。希臘醫生希波克拉底(公元前460-359)和普林尼用木炭治療羊癲瘋炭疽。公元前450年的腓尼基商船,飲用水被儲存在燒焦的木製桶里,是歷史上一直到18世紀海上飲用水的儲存方法。同一時期,印度教宗教文件中還提到利用沙子和木炭過濾和淨化飲用水。

157年,克勞迪烏斯醫療論文中提到了蔬菜動物來源製備的木碳,用於治療多種疾病。中國明代李時珍(公元1518-1593年)所編著的本草綱目中提及木炭用於治療疾病。1773年,舍勒通過大量實驗發現木炭的吸附能力並且可以吸附各種氣體1777年,報導了木炭熱效應與吸附氣體的能力,導致後來的「冷凝吸附理論 的提出。

1785年,舍勒研究了木炭吸附氣體,其吸附能力從蒸氣到一系列的有機化學物質以及各種水溶液中使用木炭脫色,特別是生產酒石酸的商業應用。 這似乎是第一次系統地考慮到在液相上木炭的吸附。

在這個時候,製糖行業一直在尋找一種有效的糖漿脫色的方法。但是,木材木炭在這個時候並沒有特別有效的發揮這一作用,大概是因為孔隙度開發的程度尚未達到糖漿脫色所用木炭的程度的要求。

1794年,英國一家糖廠成功的生產出使用木炭脫色的糖漿。1805年,法國利用木炭脫色第一次大規模生產使用甜菜製備的糖漿。1805年至1808年,Delessert在甜菜釀酒中成功的使用木炭脫色。1815年,大部分製糖行業已轉用顆粒狀骨炭作為脫色劑

1822年,Bussy表明,影響活性炭脫色性能的除了固有的原始材料,還取決於熱加工和顆粒大小的成品。他表明,炭化過高溫度或過長,降低了吸附性能和孔隙度,雖然他沒有辦法衡量這一因素 這是第一次記錄活性炭生產的熱和化學過程。

1841年,斯加登在加熱再生的骨碳之前系統化的使用鹽酸酸洗。這有效地消除了礦物鹽吸附的碳。他還介紹了在德國的第一個連續立窯生產以及再生骨碳的過程。

1854年,豪斯介紹了成功應用於倫敦下水道系統過濾器中去除蒸氣和氣體中的雜質的碳。1862年,Lipscombe製備出了使用碳淨化的飲用水1865年,獵人發現了使用椰子殼為原料的炭具有很好的氣體吸附性能。1881年,凱澤爾首次使用'吸附'這個詞來形容吸收氣體的碳。

1901年,Raphael von Ostrejko發明以金屬氯化物炭化植物源原料或用二氧化碳水蒸氣炭化材料反應製造活性炭,並先後取得英國和德國專利。1911年,奧地利的一家工廠生產出活性炭,商標名稱為Eponit1914年至1918年,第一次世界大戰毒氣體進入戰場,顆粒活性炭作為吸附劑得到規模化大量生產用於軍事用途的防毒面具

191818年,戰時發展大規模嚴密控制生產活性炭導致戰後活性炭商業化生產及應用。在歐洲製造活性炭的新原料取得了很大進展。 椰子,杏仁殼氯化鋅,生產出的活性炭具有較高的機械性和吸附氣體和蒸氣的能力。1935-1940年,在捷克斯洛伐克通過木屑氯化鋅活化生產活性炭,用於回收揮發性溶劑和清除苯煤氣

 

種類

由於原料來源、製造方法、外觀形狀和應用場合不同,活性炭的種類很多,到目前為止尚無精確的統計材料,大約有上千個品種。

按原料來源分

·木質活性炭

·獸骨、血炭

·礦物質原料活性炭

·其它原料的活性炭

·再生活性炭

按製造方法分

·化學法活性炭(化學炭)

·物理法活性炭

·化學--物理法或物理--化學法活性炭

按外觀形狀分

·粉狀活性炭

·顆粒活性炭

·不定型顆料活性炭

·圓柱形活性炭

·球形活性炭

·活性炭纖維

·蜂窩活性炭

·其它形狀的活性炭

 

活化方法

 

主要活化方法:

1.木炭、果殼炭、等原料經造粒後,在1000℃下用水蒸氣、二氧化碳、進行活化的氣體活化法。

2.乾燥後的原料用氯化鋅溶液浸漬,混合,在500~700℃下加熱,進行碳化或活化,稱為藥劑活化法。

活性炭是疏水性的吸附劑,具有對非極性物質有選擇性吸附的特性,還具有由碳表面的官能團產生的催化作用和碳本身作為反應物質的性質。關於它的反應機理現在還有許多不清楚的地方。

活性炭的吸附性減弱後,可以再生。把活性炭置於容器里,通入一定壓強的水蒸氣,然後在一定量氧氣存在下,加熱到400 ℃,以除掉表面上的吸附物質。

 

用途

 

活性炭的用途很多。廣泛應用於幾乎所有的國民經濟部門和人們的日常生活。粉末炭可用於液相脫色,脫臭精製,上下水淨化。粒狀炭應用於氣相吸附,溶劑回收,空氣淨化,香煙濾嘴,此外還可用於氯乙醋酸乙烯合成催化劑貴金屬催化劑載體

1.空氣淨化

2.口罩

3.污水處理場排氣吸附

4.飲料水處理

5.電廠水預處理

6.廢水回收前處理

7.生物法污水處理

8.有毒廢水處理

9.石化無鹼脫硫醇

10.溶劑回收

11.化工催化劑載體

12.濾毒罐

13.黃金提取

14.化工品儲存排氣淨化

15.製糖、酒類、味精醫藥、食品精製、脫色

16.乙烯脫鹽水填料

17.汽車尾氣淨化

18.PTA氧化裝置淨化氣體

19.人類解毒劑(醫學用)

 

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