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目錄

一、簡介

二、主要成分

三、分類

——按原料來源分

——按制造方法分

——按外觀形狀分

——按孔徑分

——按材質(zhì)分

四、原理

——過濾原理

——吸附原理

五、特性

——理化特性

————（1）孔隙結(jié)構(gòu)

————（2）表面化學(xué)性質(zhì)

————（3）吸附機(jī)理

——吸附特性

——化學(xué)特性

——機(jī)械特性

六、命名與分類符號

——命名規(guī)則

——原材料分類符號

——形狀分類符號

七、制備技術(shù)

——化學(xué)活化法

——物理活化法

————（1）磷酸活化法

————（2）氯化鋅活化法

————（3）氫氧化鉀活化法

——物理-化學(xué)活化法

————（1）物理-化學(xué)一體化制備技術(shù)

————（2）微波輔助化學(xué)活化

————（3）催化活化

八、應(yīng)用

——應(yīng)用簡史

————（1）國外應(yīng)用簡史

————（2）國內(nèi)應(yīng)用簡史

————（3）中國活性炭應(yīng)用史

————（4）歷史記載

————（5）歷史階段

————（6）歷史事件

——應(yīng)用行業(yè)及方向

————（1）石化行業(yè)

————（2）電力行業(yè)

————（3）化工行業(yè)

————（4）食品行業(yè)

————（5）黃金行業(yè)

————（6）環(huán)保行業(yè)

————（7）相關(guān)行業(yè)

——活性炭吸附法在水處理中的應(yīng)用

————（1）城市污水處理

————（2）飲用水深度處理中的應(yīng)用

————（3）工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

——應(yīng)用領(lǐng)域

————（1）處理含油污水

————（2）處理染料廢水

————（3）處理含汞廢水

————（4）處理含鉻廢水

————（5）催化和負(fù)載催化劑

————（6）臨床醫(yī)用

————（7）用于超級電容器電極

————（8）用于儲氫

————（9）用于煙氣治理

————（10）其他應(yīng)用

——應(yīng)用行業(yè)

————（1）水處理行業(yè)

————（2）其他行業(yè)

——用途

————（1）用于液相吸附類活性碳

————（2）用于氣相吸附類活性碳

————（3）用于高要求領(lǐng)域活性碳

九、檢測與鑒別

——鑒別方法

————（1）直接看廠家提供的指標(biāo)

————（2）把活性炭放在手中，感受其重量

————（3）把活性炭放置在有色液體里，看液體顏色是否會變淺

——質(zhì)量鑒別

——椰殼活性炭的鑒別

十、再生

——再生原理

——再生方法

————（1）熱再生法

————（2）生物再生法

————（3）濕式氧化再生法

————（4）微波輻射再生法

————（5）超臨界流體再生法

————（6）電化學(xué)再生法

————（7）溶劑再生法

————（8）超聲波再生法

————（9）催化濕式氧化法

十一、實驗室制備方法

——試劑與儀器

——制備工藝

十二、工業(yè)制備方法

十三、國家標(biāo)準(zhǔn)

十四、生產(chǎn)設(shè)備

——《一步法生產(chǎn)活性碳的內(nèi)熱蒸汽轉(zhuǎn)爐》

——《外熱、內(nèi)熱雙功能活性碳生產(chǎn)裝置》

十五、粒徑目與毫米的換算

十六、活性炭價格成本預(yù)算

十七、注意事項

2. 粉狀活性炭（粉末）

3. 柱形活性炭（圓柱）

4. 蜂窩活性炭（塊狀）

5. 球形活性炭（球狀、圓球）

6. 不定型顆料活性炭

7. 其它形狀的活性炭

按孔徑分

大孔 孔徑>500A°

過渡孔 孔徑20 ～500A°

微孔 孔徑 < 20A°活性炭的表面積主要是由微孔提供的

按材質(zhì)分

1、果殼活性炭（椰殼、杏殼、棗殼、桃殼、松殼、核桃殼等）

2、煤質(zhì)活性炭（泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤、焦油等）

3、木質(zhì)活性炭（竹材等）

4、石油類活性炭：例如以瀝青等為原料制成的瀝青基球狀活性炭。

5、再生炭：以用過的廢炭為原料，進(jìn)行再活化處理的再生活性炭。

6、礦物質(zhì)原料活性炭

 

四、原理

過濾原理

活性炭過濾器是將水中懸浮狀態(tài)的污染物進(jìn)行截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，隨活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力增強(qiáng)，納污能力增加，截污量增大。同時，活性炭濾層孔隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層，在有足夠保護(hù)厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，機(jī)組截污量增加。

從嚴(yán)格的理論上講，活性炭所具有的對懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。流速低時，機(jī)組的過濾能力主要地來自活性炭的篩除作用，而流速快時，過濾能力來自活性炭顆粒表面的吸附作用，在過濾過程中活性炭所提供的顆粒表面積越大，對水中懸浮物的附著力越強(qiáng)。

吸附原理

根據(jù)吸附過程中活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同，可將吸附分為兩大類：物理吸附和化學(xué)吸附（又稱活性吸附）。在吸附過程中，當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力（或靜電引力）時稱為物理吸附； 當(dāng)活性炭分子和污染物分 子之間的作用力是化學(xué)鍵時稱為化學(xué)吸附。物理吸附的吸附強(qiáng)度主要與活性炭的物理性質(zhì)有關(guān)，與活性炭的化學(xué)性質(zhì)基本無關(guān)。由于范德華力較弱，對污染物分子的結(jié)構(gòu)影響不大，這種力與分子間內(nèi)聚力一樣，故可把物理吸附類比為凝聚現(xiàn)象。物理吸附時污染物的化學(xué)性質(zhì)仍然保持不變。

由于化學(xué)鍵強(qiáng)，對污染物分子的結(jié)構(gòu)影響較大，故可把化學(xué)吸附看做化學(xué)反應(yīng)，是污染物與活性炭間化學(xué)作用的結(jié)果?；瘜W(xué)吸附一般包含電子對共享或電子轉(zhuǎn)移，而不是簡單的微擾或弱極化作用，是不可逆的化學(xué)反應(yīng)過程。物理吸附和化學(xué)吸附的根本區(qū)別在于產(chǎn)生吸附鍵的作用力。

吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程，分子的自由能會降低，因此，吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學(xué)吸附的作用力不同，它們在吸附熱、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數(shù)和吸附光譜等方面表現(xiàn)出一定的差異。

活性炭吸附技術(shù)在國內(nèi)用于醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)的精制和脫色已有多年歷史。20世紀(jì)70年代開始用于工業(yè)廢水處理。生產(chǎn)實踐表明，活性炭對水中微量有機(jī)污染物具有卓越的吸附性，它對紡織印染、染料化工、食品加工和有機(jī)化工等工業(yè)廢水都有良好的吸附效果。一般情況下，對廢水中以BOD、COD等綜合指標(biāo)表示的有機(jī)物，如合成染料、表面性劑、酚類、苯類、有機(jī)氯、農(nóng)藥和石油化工產(chǎn)品等，都有獨特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成為工業(yè)廢水二級或三級處理的主要方法之一。

吸附是一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的緩慢作用過程。吸附是一種界面現(xiàn)象，其與表面張力、表面能的變化有關(guān)。引起吸附的推動能力有兩種，一種是溶劑水對疏水物質(zhì)的排斥力，另一種是固體對溶質(zhì)的親和吸引力。廢水處理中的吸附，多數(shù)是這兩種力綜合作用的結(jié)果?；钚蕴康谋缺砻娣e和孔隙結(jié)構(gòu)直接影響其吸附能力，在選擇活性炭時，應(yīng)根據(jù)廢水的水質(zhì)通過試驗確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發(fā)達(dá)的炭種。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附質(zhì)分子的大小與炭孔隙直徑愈接近，愈容易被吸附；吸附質(zhì)濃度對活性炭吸附量也有影響。在一定濃度范圍內(nèi)，吸附量是隨吸附質(zhì)濃度的增大而增加的。另外，水溫和pH值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少。

 

五、特性

理化特性

根據(jù)活性炭的外形，通常分為粉狀和粒狀兩大類。粒狀活性炭又有圓柱形、球形、空心圓柱形和空心球形以及不規(guī)則形狀的破碎炭等。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多活性炭新品種，如炭分子篩、微球炭、活性炭納米管、活性炭纖維等。

（1）孔隙結(jié)構(gòu)

活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無定形碳三部分組成，其中石墨微晶是構(gòu)成活性炭的主體部分。活性炭的微晶結(jié)構(gòu)不同于石墨的微晶結(jié)構(gòu)，其微晶結(jié)構(gòu)的層間距在0.34～0.35nm之間，間隙大。即使溫度高達(dá)2000 ℃以上也難以轉(zhuǎn)化為石墨，這種微晶結(jié)構(gòu)稱為非石墨微晶，絕大部分活性炭屬于非石墨結(jié)構(gòu)。石墨型結(jié)構(gòu)的微晶排列較有規(guī)則，可經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為石墨。非石墨狀微晶結(jié)構(gòu)使活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙結(jié)構(gòu)可由孔徑分布表征。活性炭的孔徑分布范圍很寬，從小于1nm到數(shù)千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類：孔徑小于2nm為微孔，孔徑在2～50nm為中孔，孔徑大于50nm為大孔。

活性炭中的微孔比表面積占活性炭比表面積的95%以上，在很大程度上決定了活性炭的吸附容量。中孔比表面積占活性炭比表面積的5%左右，是不能進(jìn)入微孔的較大分子的吸附位，在較高的相對壓力下產(chǎn)生毛細(xì)管凝聚。大孔比表面積一般不超過0.5m2/g，僅僅是吸附質(zhì)分子到達(dá)微孔和中孔的通道，對吸附過程影響不大。

（2）表面化學(xué)性質(zhì)

活性炭內(nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，活性炭表面也有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)?；钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理（孔隙）結(jié)構(gòu)，而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在活性炭制備過程中，炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵，能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環(huán)原子反應(yīng)形成不同的表面基團(tuán)，這些表面基團(tuán)的存在毫無疑問地影響到活性炭的吸附性能。X 射線研究表明，這些雜環(huán)原子與碳原子結(jié)合在芳香片的邊緣，產(chǎn)生含氧、含氫和含氮表面化合物。當(dāng)這些邊緣成為主要的吸附表面時，這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)?；钚蕴勘砻婊鶊F(tuán)分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團(tuán)有羰基、羧基、內(nèi)酯基、羥基、醚、苯酚等，可促進(jìn)活性炭對堿性物質(zhì)的吸附；堿性表面官能團(tuán)主要有吡喃酮（環(huán)酮）及其衍生物，可促進(jìn)活性炭對酸性物質(zhì)的吸附。

磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團(tuán)為主 ，對堿性物質(zhì)吸附較好；KOH、K2CO3等堿性活化劑制備的活性炭表面以堿性基團(tuán)為主，適合于吸附酸性物質(zhì)；而采用CO2、H2O等物理活化方法制備的活性炭表面官能團(tuán)總體呈中性。

（3）吸附機(jī)理

活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的?；钚蕴康奈侥芰εc活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說，顆粒越小，孔隙擴(kuò)散速度越快，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。 吸附能力和吸附速度是衡量吸附過程的主要指標(biāo)。吸附能力的大小是用吸附量來衡量的，吸附速度是指單位時間內(nèi)單位重量的吸附劑所吸附的量。在水處理中，吸附速度決定了吸附劑與污水的接觸時間。

活性炭發(fā)生的主要是物理吸附，大多數(shù)是單層分子吸附，其吸附量與被吸附物的濃度服從朗格繆爾單分子層吸附等溫方程 ：

式中：

（覆蓋度）—— 一定溫度下，吸附分子在固體表面上所占面積占表面總面積的分?jǐn)?shù)；

——吸附質(zhì)在氣相的分壓；

——吸附與脫附的速度之比；

——氣體在固體表面上的吸附量

吸附特性

活性炭吸附法是利用多孔性的活性炭，使水中一種或多種物質(zhì)被吸附在活性炭表面而去除的方法，去除對象包括溶解性的有機(jī)物質(zhì)，合成洗滌劑、微生物、病毒和一定量的重金屬，并能夠脫色、除臭、空氣凈化。

活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水處理常用的吸附劑，活性炭經(jīng)過活化后碳晶格形成形狀和大小不一的發(fā)達(dá)細(xì)孔，大大增加比表面積，提高吸附能力。活性炭的細(xì)孔有效半徑一般為1-10000nm，小孔半徑在2nm以下，過渡孔半徑一般為2-100nm，大孔半徑為100-10000nm。小孔容積一般為0.15-0.90mL/g，過渡孔面積一般為0.02-0.10mL/g； 大孔容積一般為0.2-0.5mL/g。

活性炭是一種很細(xì)小的炭粒，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，所以能與氣體（雜質(zhì)）充分接觸。當(dāng)這些氣體（雜質(zhì)）碰到毛細(xì)管被吸附，起凈化作用?；钚蕴康谋砻娣e研究是非常重要的，活性炭的比表面積檢測數(shù)據(jù)只有采用BET方法檢測出來的結(jié)果才是真實可靠的，國內(nèi)有很多儀器只能做直接對比法的檢測?，F(xiàn)階段國內(nèi)外比表面積測試統(tǒng)一采用多點BET法，國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標(biāo)準(zhǔn)都是以BET測試方法為基礎(chǔ)的，請參看中國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。

比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作，由于樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間，如果測試過程沒有實現(xiàn)完全自動化，那測試人員就時刻都不能離開，并且要高度集中，觀察儀表盤，操控旋鈕，稍不留神就會導(dǎo)致測試過程的失敗，這會浪費測試人員很多的寶貴時間。F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)BET法檢測功能的儀器（兼?zhèn)渲苯訉Ρ确ǎ?，更重要的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內(nèi)唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設(shè)備，其測試結(jié)果與國際一致性很高，穩(wěn)定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結(jié)果精確性。

影響活性炭吸附的因素有：活性炭的特性；被吸附物的特性和濃度；廢水的PH值；懸浮固體含量等特性；接觸系統(tǒng)及運行方式等?；钚蕴磕苡行铰却鸁N、有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑，還能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、苯酚、DDT、艾氏劑、烷基苯磺酸及許多酯類 和芳烴化合物。二級出水中也含有不被活性炭吸附的有機(jī)物，如蛋白質(zhì)的中間降解物質(zhì)，比原有的有機(jī)物更難被活性炭吸附，活性炭對THMS的去除能力較低，僅達(dá)到23-60%。活性炭吸附法與其他處理方法聯(lián)用，出現(xiàn)了臭氧-活性炭法、混凝-吸附活性炭法、Habberer工藝、活性炭-硅藻土法等，使活性炭的吸附周期明顯延長，用量減少，處理效果和范圍大幅度提高。

化學(xué)特性

活性炭的吸附除了物理吸附，還有化學(xué)吸附?；钚蕴康奈叫约热Q于孔隙結(jié)構(gòu)，又取決于化學(xué)組成。

活性炭不僅含碳 ，而且含少量的化學(xué)結(jié)合、功能團(tuán)開工的氧和氫，例如羰基、羧基、酚類、內(nèi)酯類、醌類、醚類。這些表面上含有的氧化物和絡(luò)合物，有些來自原料的衍生物，有些是在活化時、活化后由空氣或水蒸氣的作用而生成。有時還會生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含礦物質(zhì)集中到活性炭里成為灰分，灰分的主要成分是堿金屬和堿土金屬的鹽類，如碳酸鹽和磷酸鹽等。

機(jī)械特性

1、粒度：采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩篩分法，求出留在和通過每只篩子的活性炭重量，表示粒度分布。

2、靜觀密度或堆密度：應(yīng)是孔隙容積和顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。

3、體積密度和顆粒密度：應(yīng)是孔隙容積而不應(yīng)是顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。

4、強(qiáng)度：即活性炭的耐破碎性。

5、耐磨性：即耐磨損或抗磨擦的性能。

這些機(jī)械性質(zhì)直接影響活性炭應(yīng)用，例如：密度影響容器大??；粉炭粗細(xì)影響過濾；粒炭粒度分布影響流體阻力和壓降；破碎性影響活性炭使用壽命和廢炭再生。

 

六、命名與分類符號

中國國家標(biāo)準(zhǔn)將活性炭按照兩部分進(jìn)行分類：一部分按制造使用的主要原材料，另一部分按制造使用的原材料及對應(yīng)的產(chǎn)品形狀組合分類。

活性炭按制造使用的主要原材料分為四類：煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、合成材料活性炭和其他類活性炭。按制造使用主要原材料及對應(yīng)的產(chǎn)品形狀組合分類分為16種類型。其中，煤質(zhì)活性炭分為：柱狀煤質(zhì)顆?；钚蕴?、 破碎煤質(zhì)顆?；钚蕴?、粉狀煤質(zhì)顆粒活性炭、球形煤質(zhì)顆?；钚蕴?。木質(zhì)顆?；钚蕴糠譃椋褐鶢钅举|(zhì)顆?；钚蕴?、破碎狀木質(zhì)顆粒活性炭、粉狀木質(zhì)顆粒活性炭、球形木質(zhì)顆?；钚蕴?。合成材料活性炭分為：柱狀合成材料顆?；钚蕴俊⑵扑闋詈铣刹牧项w?；钚蕴?、粉狀合成材料顆?；钚蕴?、成形活性炭、球形合成材料顆粒活性炭、 布類合成材料活性炭（炭纖維布）、氈類合成材料活性炭（炭纖維氈）。其他類活性炭，指除上述三種類型活性炭外，由其他原材料（如煤瀝青、石油焦等）制備的活性炭，這類活性炭，在產(chǎn)品形狀分類中，暫列了瀝青基微球活性炭。詳細(xì)分類見下表：

命名規(guī)則

活性炭按材料和形狀命名。命名的方法則依據(jù)命名原則規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行，有三層內(nèi)容：第一層表示活性炭制造主要原材料，用主要原材料英文單詞的首字母大寫表示；第二層表示活性炭的形狀，用形狀英文單詞的首字母大寫表示；第三層為活性碳的名稱，由漢字組成。

原材料分類符號

活性炭制造原材料命名的分類符號以材料名稱英文單詞的首字母大寫表示，若名稱首字母重復(fù)，則在英文單詞首字母后綴一個小寫英文字母，該字母來源于材料名稱的英文單詞（輔音優(yōu)先）。制造原材料分類符號中，由于類屬于木質(zhì)活性炭的加工原材料種類較多，而各種木質(zhì)原材料制造后的活性炭性能有一定的區(qū)別，因此，將木質(zhì)活性炭的制造的原材料細(xì)分為四類：木屑類活性炭、果殼類活性炭、椰殼類活性炭、生物質(zhì)類活性炭。這四類木質(zhì)活性炭的分類符號，用原材料分類符號（W）和其具體的原料（木屑、果殼、椰殼、生物質(zhì)）英文單詞的首字母大寫用下腳標(biāo)標(biāo)注共同表示。 其分類符號詳見2016年發(fā)布的中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32560-2016 《活性炭分類與命名》。

形狀分類符號

各類形狀的活性炭的分類符號，以形狀名稱英文單詞的首字母大寫表示，若形狀名稱首字母重復(fù)，在英文單詞首字母后綴一個小寫英文字母，該字母來源于該形狀的英文單詞（輔音優(yōu)先）。對于破碎狀活性炭來講，除木質(zhì)破碎狀活性炭外，煤質(zhì)破碎狀活性炭現(xiàn)有三類，這三類破碎狀煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝不同，質(zhì)量指標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域也有較大差別，為方便廠商和應(yīng)用客戶對破碎狀煤質(zhì)活性炭加以區(qū)別， 標(biāo)準(zhǔn)對破碎狀活性炭的形狀命名分類符號做了如下規(guī)定：破碎狀活性炭的形狀分類符號由G和具體各類破碎狀活性炭的名稱英文單詞的首字母大寫表示在 G 后下腳標(biāo)處，共同表示，如：壓塊破碎活性炭（煤質(zhì)）表示為GB 。 形狀命名具體分類見2016年發(fā)布的中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32560-2016 《活性炭分類與命名》。

 

七、制備技術(shù)

化學(xué)活化法

化學(xué)活化法就是通過將各種含碳原料與化學(xué)藥品均勻地混合后，一定溫度下，經(jīng)歷炭化、活化、回收化學(xué)藥品、漂洗、烘干等過程制備活性炭。磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸、碳酸鉀、多聚磷酸和磷酸酯等都可作為活化試劑，盡管發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不同，有些對原料有侵蝕、水解或脫水作用，有些起氧化作用，但這些化學(xué)藥品都可對原料的活化有一定的促進(jìn)作用，其中最常用的活化劑為磷酸、氯化鋅和氫氧化鉀?；瘜W(xué)活化法的活化原理還不十分清楚，一般認(rèn)為化學(xué)活化劑具有侵蝕溶解纖維素的作用，并且能夠使原料中的碳?xì)浠衔锼械臍浜脱醴纸饷撾x，以 H2O、CH4等小分子形式逸出，從而產(chǎn)生大量孔隙。此外，化學(xué)活化劑能夠抑制焦油副產(chǎn)物的形成，避免焦油堵塞熱解過程中生成的細(xì)孔，從而可以提高活性炭的收率。

我國木質(zhì)磷酸法粉狀活性炭已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?；?、自動化和清潔化生產(chǎn)，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

（1）磷酸活化法

磷酸法制備活性炭的過程中，磷酸與木質(zhì)纖維原料的作用機(jī)理可分為以下幾個方面：潤脹作用、加速活化作用、脫水作用、氧化作用和芳香縮合作用。

磷酸活化法的基本工藝包括木屑篩選、干燥、磷酸溶液配制、混合(或浸漬) 、炭化、活化、回收、漂洗（包括酸處理和水洗）、離心脫水、干燥與磨粉等工序，如生產(chǎn)顆粒活性炭還需增加捏合工藝。另外，附設(shè)專門的廢氣凈化系統(tǒng)，回收煙氣中的磷酸和炭粉，減少對環(huán)境的污染。磷酸活化法的生產(chǎn)工藝中，要注意在炭化段控制度，讓磷酸充分滲透入木屑，再與活化段協(xié)同控制，可以明顯提高活性炭吸附能力，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，同時適當(dāng)降低活化溫度對降低產(chǎn)品灰分有利。炭活化尾氣采用多段液相回收可以增加磷酸和細(xì)炭粉的回收，采用高壓靜電方式也有利于尾氣中焦油的去除。

（2）氯化鋅活化法

ZnCl2在活化過程中使木質(zhì)纖維原料發(fā)生脫氫反應(yīng)并進(jìn)一步芳構(gòu)化，從而形成初步孔結(jié)構(gòu)，水洗脫除氯化鋅后即形成孔隙結(jié)構(gòu)。此外還有學(xué)者認(rèn)為氯化鋅在炭化時形成新生炭沉積的骨架，當(dāng)其被洗去之后，炭的表面便暴露出來，構(gòu)成了具有吸附力的活性炭內(nèi)表面。

氯化鋅活化工藝流程與磷酸活化法工藝基本相似。氯化鋅法活性炭由于其孔徑分布相對集中、吸附力強(qiáng)等特點，一直受到國內(nèi)外市場的青睞，需求量逐年增加。

（3）氫氧化鉀活化法

KOH活化法是20世紀(jì)70年代興起的一種制備高比表面積活性炭的活化工藝，其活化過程是將原料炭與數(shù)倍炭質(zhì)量的KOH或NaOH混合，在不超過500℃下脫水后于800 ℃左右煅燒若干時間，冷卻后將產(chǎn)品洗滌至中性即可得到活性炭。反應(yīng)機(jī)理是活化過程中被消耗的炭主要生成了碳酸鉀，同時在800℃左右，被炭還原的金屬鉀（沸點762℃）析出，金屬鉀的蒸氣不斷進(jìn)入碳原子所構(gòu)成的層與層之間進(jìn)行活化，這兩個反應(yīng)使產(chǎn)物具有很大的比表面積。

KOH法活性炭主要應(yīng)用在超級電容器領(lǐng)域。以椰殼為主要原料所制得的活性炭比表面積可接近3000m2/g，比電容可超過200F/g，同時還可表現(xiàn)出非常優(yōu)良的儲氫和儲甲烷能力，在77K 和100kPa的情況下，儲氫量可達(dá)到2.94%，壓力提高至1MPa，儲氫量可達(dá)4.82%。

物理活化法

物理法通常又稱氣體活化法，是將已炭化處理的原料在800 ～1000℃的高溫下與水蒸氣，煙道氣（水蒸氣、CO2、N2等的混合氣）、CO或空氣等活化氣體接觸，從而進(jìn)行活化反應(yīng)的過程。物理活化法的基本工藝過程主要包括炭化、活化、除雜、破碎（球磨）、精制等工藝，制備過程清潔，液相污染少。

在制備過程中，具有氧化性的高溫活化氣體無序碳原子及雜原子首先發(fā)生反應(yīng)，使原來封閉的孔打開，進(jìn)而基本微晶表面暴露，然后活化氣體與基本微晶表面上的碳原子繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)，使孔隙不斷擴(kuò)大。一些不穩(wěn)定的炭因氣化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物氣體，從而產(chǎn)生新的孔隙，同時焦油和未炭化物等也被除去，最終得到活性炭產(chǎn)品?；钚蕴堪l(fā)達(dá)的比表面積則源自中孔、大孔孔容的增加，形成的大孔、中孔和微孔的相互連接貫通。由于物理法工藝流程相對簡單，產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對環(huán)境污染較小，而且最終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、應(yīng)用范圍廣，因此世界范圍內(nèi)的活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。炭活化過程中產(chǎn)生大量的余熱，可滿足原料烘干、余熱鍋爐制高溫蒸汽、產(chǎn)品的洗滌烘干等所需熱能。

物理-化學(xué)活化法

（1）物理-化學(xué)一體化制備技術(shù)

物理-化學(xué)活化法顧名思義就是結(jié)合應(yīng)用物理活化和化學(xué)活化的方法，即炭先經(jīng)化學(xué)法處理，隨后再進(jìn)一步用物理法（水蒸氣或 CO2）活化。國外研究人員通過H3PO4和CO2聯(lián)合活化法制得了比表面積高達(dá)3700m2/g 的超級活性炭，具體步驟是在85℃下先用H3PO4浸泡木質(zhì)原料，經(jīng)450℃炭化4h后再用CO2活化。將物理法和化學(xué)法聯(lián)合，利用物理法的炭化尾氣為化學(xué)法生產(chǎn)供熱，實現(xiàn)生產(chǎn)過程無燃煤消耗，同時得到物理法活性炭和化學(xué)法活性炭。

（2）微波輔助化學(xué)活化

由于在活性炭制備過程中，傳統(tǒng)的爐膛加熱存在耗工、耗時且物料受熱不均的缺點，因此微波的引入可以實現(xiàn)物料內(nèi)部均勻加熱，同時可方便地快速啟動和停止，耗時比傳統(tǒng)工藝短得多。因此，微波輔助化學(xué)活化可以顯著縮短生產(chǎn)時間，從而極大地提高生產(chǎn)效率，亦可降低環(huán)境污染。通常的磷酸法、氯化鋅法和氫氧化鉀活化法均可采用微波加熱，而且研究表明微波加熱法亦可得到高性能的活性炭，尤其適用于KOH活化法制備超級電容活性炭。然而微波加熱制備活性炭仍處于實驗階段，主要原因是設(shè)備投資大，能耗高。

（3）催化活化

金屬類催化劑在含碳原料表面可形成活性點，降低炭與水或CO2的反應(yīng)活化能，從而降低活化溫度，提高反應(yīng)速率，形成發(fā)達(dá)的孔隙，同時，金屬顆粒移動時也會產(chǎn)生孔道。催化劑在制備超級活性炭時可以降低活化溫度，大幅提高反應(yīng)的速率，還可使制得的活性炭孔徑分布均勻。雖然催化活化法制備活性炭具有上述諸多優(yōu)勢，但反應(yīng)速度過快可能會燒穿微孔壁面，從而破壞微孔結(jié)構(gòu)。

 

八、應(yīng)用

應(yīng)用簡史

（1）國外應(yīng)用簡史

公元前約3750年，古埃及就有使用木炭的記載。

1900年英國人首次發(fā)明以金屬氯化物炭化植物來制造活性炭的方法。

1917年一戰(zhàn)雙方均已在防毒面具里使用活性炭。

1927年美國芝加哥自來水廠發(fā)生了惡臭事故，此后活性炭被廣泛應(yīng)用于自來水除臭。

1930 年第一個使用粒狀活性炭吸附池除臭的水廠建于美國費城。

20世紀(jì)60年代末70年代初，由于煤質(zhì)粒狀炭的大量生產(chǎn)和再生設(shè)備的問世，發(fā)達(dá)國家開展了利用活性炭吸附去除水中微量有機(jī)物的研究工作，對飲用水進(jìn)行深度處理。粒狀活性炭凈化的裝置在美國、歐洲、日本等國陸續(xù)建成投產(chǎn)。美國以地面水為水源的水廠已有90%以上采用了活性炭吸附工藝。

（2）國內(nèi)應(yīng)用簡史

20世紀(jì)50年代初，我國才開始生產(chǎn)活性炭。

20世紀(jì)60年代末期，開始利用活性炭去除受污染的水源水的除臭、除味。

活性炭主要作為固體吸附劑，應(yīng)用在化工、醫(yī)藥、環(huán)境等方面，用于吸附沸點及臨界溫度較高的物質(zhì)及分子量較大的有機(jī)物。在空氣凈化、水處理等領(lǐng)域應(yīng)用也呈現(xiàn)出應(yīng)用量增長的趨勢，專用高檔炭如高比表面積炭、高苯炭、纖維炭已滲透到航天、電子、通訊、能源、生物工程和生命科學(xué)等領(lǐng)域。

（3）中國活性炭應(yīng)用史

1、第一階段是20世紀(jì)40年代以前，中國制藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中使用活性炭量大，都用進(jìn)口貨，例如用Carboraffin牌的活性炭。

2、第二階段自20世紀(jì)50年代初開始，國產(chǎn)活性炭上市。1951年沈陽和撫順的單管爐廠、青島的反射爐悶燒法廠、上海的電熱活化法廠，接 著有氯化鋅活化法廠，1958年福建、杭州、廣州、煙臺、東北等地紛紛建廠，1966年太原開創(chuàng)斯列普活化法廠，隨后中國陸續(xù)開設(shè)數(shù)以百計的斯列普爐廠。此外，還有不少的轉(zhuǎn)爐、粑式爐等工廠?？偵a(chǎn)能力從1951年的三五十噸猛增到20世紀(jì)80年代的近十萬噸。

生產(chǎn)與應(yīng)用相互促進(jìn)，活性炭的應(yīng)用范圍被迅速開拓。從原來單一的通用炭向多種的專用炭發(fā)展，例如凈水炭、糖炭、味精炭、油脂炭、黃金炭、載體炭、藥用炭、針劑炭、試劑炭等等，足見活性炭因國內(nèi)經(jīng)濟(jì)蒸蒸日上而應(yīng)用量速增，又因產(chǎn)量擴(kuò)大、成本降低而使出口量上升。中國活性炭的應(yīng)用，不僅在國內(nèi)市場發(fā)展，而且進(jìn)入了國際市場。

3、第三階段2003-至今；活性炭應(yīng)用于裝修污染治理，利用先進(jìn)的造孔技術(shù)將活性炭，使其具備與室內(nèi)有害氣體分子大小相匹配的孔隙結(jié)構(gòu)，專用于吸附甲醛、苯系物、氨、氡等所有對人體有害的氣體及空氣中的浮游細(xì)菌。具有吸味、去毒、除臭、去濕、防霉、殺菌、凈化等綜合功能，有效清除室內(nèi)環(huán)境污染成功應(yīng)用于裝修污染治理。各大市場和超市的家用活性炭眾多，活性炭已走進(jìn)千家萬戶，成為健康時尚的環(huán)保產(chǎn)品。

（4）歷史記載

⑴公元前1550年，埃及有作為醫(yī)用的記載；

⑵公元前460~359年，希臘醫(yī)生Hippocrate用以治羊癲瘋；

⑶ 1518~1593年，中國李時珍的《本草綱目》中提及用于治??；

⑷ 1993年有外用于潰瘍；

⑸ 1794年，英國有家糖廠用于加速脫色。上述例證應(yīng)用的都是木炭，不是活性炭。

活性炭作為人造材 料，是在1900年和1901年才發(fā)明的，發(fā)明者Raphael von Ostrejko,取得英國專利B.P.14224(1900) ；英國專利B.P.18040(1900)德國專利Ger.P.136792(1901)。

他發(fā)明將金屬氯化物炭化植物源原料或用二氧化碳或水蒸氣與炭化材料反應(yīng)制造活性炭。1911年在奧地利維也納附近的工廠首次用于工業(yè)生產(chǎn)，當(dāng)時產(chǎn)品是粉狀活性炭，商品名使Epomit；同年在荷蘭有Norit上市；1912年在捷克斯洛伐克有Carboraffin出售。(Ger.Pat.290656)。

（5）歷史階段

回顧百年來世界活性炭應(yīng)用的歷史，不妨粗略劃分為三個階段：

⑴第一階段，從20世紀(jì)初到約20世紀(jì)20年代為萌芽階段：

⑵第二階段 ，從約20世紀(jì)20年代中期為成長階段；

⑶第三階段，從20世紀(jì)中期到20世紀(jì)末期為發(fā)展階段，發(fā)展成為環(huán)保大應(yīng)用階段。

這三個階段可用活性炭應(yīng)用歷程中兩件歷史性大事。作為劃分的界限。

（6）歷史事件

第一件大事是活性炭防毒面具，在20世紀(jì)20年代在第一次世界大戰(zhàn)中的應(yīng)用?？梢砸源俗鳛閯澐只钚蕴繎?yīng)用歷史的第一階段和第二階段的界限。

活性炭在初期主要應(yīng)用是粉炭在糖業(yè)中逐步代替了原來的骨炭。在20世紀(jì)20年代的第一次世界大戰(zhàn)中出現(xiàn)的顆粒大量應(yīng)用于防毒面具。這是工業(yè)化學(xué)史上輝煌的一頁。當(dāng)時荷蘭的Norit和捷克斯洛伐克、德國、法國、瑞士等國的制造商和批發(fā)商曾成立一個聯(lián)合公司，說明在歐洲萌芽的活性炭也是被廣為看好的新興產(chǎn)業(yè)。

通過防毒面具應(yīng)用的推動，活性炭歷史進(jìn)入了第二階段，活性炭市場不斷擴(kuò)大，活性炭的吸附和催化功能在眾多行業(yè)的精制、回收、合成上的應(yīng)用陸續(xù)開發(fā)，美國等的活性炭廠陸續(xù)開設(shè)。在20世紀(jì)中葉不斷拓展應(yīng)用面的活性炭，被視為“萬能吸附劑”。

第二件大事是活性炭除臭作用，在20世紀(jì)40年代數(shù)以百計的自來水廠中采用了活性炭除臭。以此作為劃分活性炭應(yīng)用歷史的第二階段與第三階段的界限。

1927年，美國芝加哥自來水廠發(fā)生了廣大居民難以接受的自來水惡臭事故，這是由于原水中的苯酚和消毒用的氯生成異臭所致。德國等地的自來水廠也發(fā)生了同樣的事故，這些事故都是用活性炭來解決的。

此后，隨著環(huán)境保護(hù)日益受到重視，政府法令的日趨嚴(yán)格?；钚蕴坎粌H在凈水方面，而且在凈氣等方面的用量劇增，使得在20世紀(jì)的后半葉，環(huán)保產(chǎn)業(yè)成為活性炭應(yīng)用的大戶。由此活性炭歷史進(jìn)入了第三階段，即發(fā)展階段。

應(yīng)用行業(yè)及方向

（1）石化行業(yè)

無堿脫臭（精制脫硫醇）——重催的精制裝置

乙烯脫鹽水（精制填料）——乙烯裝置

催化劑載體（鈀、鉑、銠等）——苯乙烯、連續(xù)重整裝置

水凈化及污水處理——上水及下水的深度處理

（2）電力行業(yè)

電廠水質(zhì)處理及保護(hù)——鍋爐裝置

（3）化工行業(yè)

化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收、及油脂等的脫色、精制

（4）食品行業(yè)

飲料、酒類、味精母液及食品的精制、脫色

（5）黃金行業(yè)

黃金提取——適用炭漿法、堆浸法提金工藝

尾液回收——金礦的廢物利用及環(huán)境保護(hù)

（6）環(huán)保行業(yè)

用于污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化

（7）相關(guān)行業(yè)

香煙濾嘴、木地板防潮、吸味、汽車汽油蒸發(fā)污染控制，各種浸漬劑液的制備等,比如活性炭可以作為活性碳罐的填充物用來生產(chǎn)摩托車碳罐 汽車碳罐等。

活性炭吸附法在水處理中的應(yīng)用

活性炭吸附廣泛應(yīng)用于在城市污水處理、飲用水及工業(yè)廢水處理。

（1）城市污水處理

廢水中的一些有機(jī)物是難于為微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其產(chǎn)品、殺蟲劑、洗滌劑、合成染料、胺類化合物以及許多人工合成有機(jī)物，經(jīng)生化處理后很難達(dá)到對排放要求較高的水體中排放的標(biāo)準(zhǔn)，也嚴(yán)重影響廢水的回用，因此需要深度處理。

由于活性炭對有機(jī)物的吸附能力大，在廢水深度處理中得到廣泛的應(yīng)用，具有以下優(yōu)點：

①處理程度高，城市污水用活性炭進(jìn)行深度處理后，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L。

②應(yīng)用范圍廣，對廢水中絕大多數(shù)有機(jī)物都有效，包括微生物難于降解的有機(jī)物。

③適應(yīng)性強(qiáng)，對水量及有機(jī)物負(fù)荷的變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性能，可得到穩(wěn)定的處理效果。

④粒狀炭可進(jìn)行再生重復(fù)使用，被吸附的有機(jī)物在再生過程中被燒掉，不產(chǎn)生污泥。

⑤可回收有用物質(zhì)，例如用活性炭處理含酚廢水，用堿再生吸附飽和的活性炭，可以回收酚鈉鹽。

⑥設(shè)備緊湊、管理方便。

（2）飲用水深度處理中的應(yīng)用

活性炭吸附是建立在常規(guī)給水處理基礎(chǔ)上，一般設(shè)置在砂過濾之后，也可與砂濾料組成雙層濾料過濾或以活性炭過濾代替砂過濾。

在利用活性炭吸附進(jìn)行飲用水深度處理的過程中，發(fā)現(xiàn)在活性炭濾料上生長有大量的微生物，使出水水質(zhì)提高且再生延長，于是發(fā)展了一種經(jīng)濟(jì)有效的去除水中的微污染物質(zhì)的生物活性炭工藝，流程為原水—（加入混凝劑）—澄清—過濾（加入臭氧）再利用活性炭吸附，最后是出水。

（3）工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

很多工業(yè)廢水很難或不能采用生化處理，采用其他方法時，有的不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，或運行費用較高，或操作較麻煩等，例如有毒的有機(jī)化合物和某些金屬及其化合物等。工程實踐表明，活性炭對這些物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力。

應(yīng)用領(lǐng)域

（1）處理含油污水

吸附法進(jìn)行油水分離是利用親油性材料，吸附廢水中的溶解油及其它溶解性有機(jī)物。最常用的吸油材料是活性炭，可吸附廢水中的分散油、乳化油和溶解油。由于活性炭對油的吸附容量有限（一般為30～80mg/g)），成本高，再生困難，通常只用作含油廢水多級處理的最后一級處理，出水含油質(zhì)量濃度可降至0.1～0.2mg/L 。

由于活性炭對水的預(yù)處理要求高，而且活性炭的價格昂貴，因此在廢水處理中，活性炭主要用來去除廢水中的微量污染物，以達(dá)到深度凈化的目的。 煉油廠含油廢水，先經(jīng)隔油、氣浮和生物處理，再經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理。廢水的含酚量從0.1 mg/L（經(jīng)生物處理后）降至0.005mg/L，含氰量從0.19mg/L降至0.048mg/L，COD從85mg/L 降至18mg/L。

（2）處理染料廢水

染料廢水成分復(fù)雜、水質(zhì)變化大、色度深、濃度大，處理困難。處理方法主要有氧化、吸附、膜分離、絮凝、生物降解等。這些方法各有優(yōu)缺點，其中活性炭能有效地去除廢水的色度和COD?；钚蕴刻幚砣玖蠌U水在國內(nèi)外都有研究，但大多數(shù)是和其它工藝耦合，活性炭吸附多用于深度處理或?qū)⒒钚蕴孔鳛檩d體和催化劑，單獨使用活性炭處理較高濃度染料廢水的研究很少。

活性炭對染料廢水有良好的脫色效果。染料廢水的脫色率隨溫度的升高而增加，而pH值對染料廢水的脫色效果沒有太大的影響。在最佳吸附工藝條件下，酸性品紅、堿性品紅廢水的脫色率均>97%，出水的色度稀釋倍數(shù)≤50倍，COD<50mg/L，達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

（3）處理含汞廢水

重金屬污染物中以汞的毒性最大，當(dāng)汞進(jìn)入人體內(nèi)，就會破壞酶和其它蛋白質(zhì)的功能并影響其重新合成?；钚蕴坑形焦秃衔锏男阅?，但吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。如果含汞的濃度較高，可以先用化學(xué)沉淀法處理，處理后含汞約1mg/L，高時可達(dá)2~3mg/L，然后再用活性炭做進(jìn)一步的處理。

（4）處理含鉻廢水

活性炭表面存在大量的含氧基團(tuán)如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等，它們都有靜電吸附功能，對六價鉻產(chǎn)生化學(xué)吸附作用，能有效地吸附廢水中的六價鉻，吸附后的廢水可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

利用活性炭處理含鉻廢水是活性炭對溶液中六價鉻的物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)還原等綜合作用的結(jié)果?；钚蕴刻幚砗t廢水，吸附性能穩(wěn)定，處理效率高，操作費用低，有一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，用活性炭處理含鉻廢水已得到廣泛應(yīng)用。

（5）催化和負(fù)載催化劑

石墨化炭和無定型炭是活性炭晶型的組成部分，因為具有不飽和鍵，所以表現(xiàn)出類似結(jié)晶缺陷的功能。活性炭因為結(jié)晶缺陷的存在而被作為催化劑廣泛應(yīng)用，同時，因為其具有大的比表面積及多孔結(jié)構(gòu)，活性炭還被廣泛用作催化劑載體。

采用γ射線處理商品活性炭，此過程可以在不影響活性炭物理性質(zhì)的條件下改變活性炭表面化學(xué)特性。通過紫外線輻射和模擬太陽光輻射研究了光催化中活性炭表面化學(xué)所發(fā)揮的作用。結(jié)果表明，無論是紫外線還是模擬太陽光輻射，活性炭都可以發(fā)揮光催化作用。通過測定紫外線/活性炭和模擬太陽光/活性炭體系中羥基自由基和超氧陰離子自由基表明，由活性炭充當(dāng)光催化劑和光誘導(dǎo)反應(yīng)物可以有效消除雜質(zhì)對反應(yīng)的影響，體系中羥基自由基和超氧陰離子自由基的獲得遠(yuǎn)高于單純采用光輻射。這為發(fā)展自由基化學(xué)和尋找新的自由基反應(yīng)提供了新的可能。

活性污泥因為成分復(fù)雜，導(dǎo)致其厭氧腐化過程緩慢。有學(xué)者將粒狀活性炭用于活性污泥的厭氧腐化，使活性污泥腐化過程中甲烷產(chǎn)率提高了17.4%，同時使活性污泥腐化率提高了6.1%。另外在活性炭表面引入-SO3H，對合成甲基叔戊基醚過程有催化作用，該催化劑制備方便，催化活性高且不易分解，體現(xiàn)出改性活性炭催化劑的巨大應(yīng)用潛能。有研究表明采用粒狀活性炭負(fù)載臭氧體系使腐殖酸的催化氧化率達(dá)到48.1%，為腐殖酸的降解提供了新的途徑。通過活性炭負(fù)載氧化鋁作為改性活性炭糊電極用于苯酚的電催化氧化研究，表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性，同時具有相對較低的檢出限和較寬的檢測范圍。

（6）臨床醫(yī)用

活性炭由于其良好的吸附性能，可用于急性臨床胃腸解毒急救，其具有不被胃腸道吸收且無刺激性、可以直接口服、簡單便利等優(yōu)點；同時，活性炭也被用于血液凈化和癌癥治療等。結(jié)腸直腸癌是常見的惡性腫瘤。研究表明，以納米活性炭作示蹤劑可以有效增加結(jié)腸直腸癌患者淋巴結(jié)檢測次數(shù)?；钚蕴坷w維具有兩種特性：一是吸附性能；二是遠(yuǎn)紅外放射性能。將銀吸附在活性炭纖維上，用于治療慢性創(chuàng)面患者，在接受治療的數(shù)月內(nèi)傷口沒有任何不良反應(yīng)。有學(xué)者以椰殼活性炭為載體負(fù)載加替沙星，結(jié)果表明，其對加替沙星負(fù)載能力較好，可以用作加替沙星的緩釋載體。對選用撲熱息疼和布洛芬作為模型藥物，采用活性炭作為藥物載體的研究表明，活性炭顆粒表現(xiàn)出非常低的細(xì)胞毒性，該研究為活性炭作為無定型藥物載體提供了支持。有學(xué)者單純利用每日兩次直腸局部注入高活性粒狀活性炭來治療簡單的慢性肛瘺，結(jié)果表明，這種治療方法效果良好、安全性高，并且相較于其它治療方法，病人更容易接受，為慢性肛瘺的治愈提供了新的策略。

（7）用于超級電容器電極

超級電容器主要由電極活性材料、電解液、集流體和隔膜等部分組成，其中電極材料直接決定著電容器性能的高低。活性炭具有比表面積大、孔隙發(fā)達(dá)及容易制備等優(yōu)點，成為了超級電容器最早應(yīng)用的碳質(zhì)電極材料?？赏ㄟ^對傳統(tǒng)活性炭的改性，制備新型及高性能的活性炭電極材料。以聚偏二氯乙烯為前驅(qū)體，只通過炭化處理而無需其它后處理制備出比表面積1200m2·g-1、孔容0.48cm3·g-1的多孔炭，其最高比電容為262F·g-1，電極密度在0.8g·cm-3左右，體積比電容可達(dá)214F·cm-3，是一種有發(fā)展前途的超級電容器電極材料。另有研究將廢棄茶葉炭化后再用KOH活化，制備了具有無定型特征的活性炭，其具有比表面積介于2245～2184m2·g-1的多孔結(jié)構(gòu)，用其作為超級電容器電極，以KOH水溶液作為電解液，比電容高達(dá)330F·g-1，充電放電2000次后電容略有下降，為初始電容的92%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。若使用蓮花花粉作為碳源和自模板，CO2為活化劑制備活性炭微粒，制備的活性炭具有三維納米網(wǎng)格骨架構(gòu)成的多孔空心結(jié)構(gòu)，將這種特殊的活性炭用作超級電容器電極，其比電容高達(dá) 244F·g-1，充電放電10000次后電容無衰減。

（8）用于儲氫

常用儲氫方法有高壓氣態(tài)儲氫、液化儲氫、金屬合金儲氫和有機(jī)液體氫化物儲氫、炭材料儲氫等，其中炭材料主要有超級活性炭、納米碳纖維以及碳納米管等，而超級活性炭因為原料豐富、比表面積大、表面化學(xué)性能修飾、儲氫量大、解吸速度快、循環(huán)使用壽命長以及容易產(chǎn)業(yè)化受到廣泛關(guān)注。有學(xué)者利用 CO2活化模板制備多孔碳，獲得了微孔介于0.7～1.3nm、中孔介于2～4nm、比表面積2829m2·g-1、孔容2.34cm3·g-1的超級活性炭材料，其在室溫298K、中等壓強(qiáng)8MPa條件下，對氫的吸附量可達(dá)0.95%。

21世紀(jì)以來，類似于金屬-有機(jī)框架的多孔固體材料為氫的吸收儲存開辟了新的發(fā)展方向。有學(xué)者在溫和條件下將活性炭引入到金屬－有機(jī)框架材料中，合成了具有高比表面積的活性炭-金屬-有機(jī)框架混合材料，在77K、10 MPa條件下，對氫的吸附量從8.2%提高到了13.5%。控制超級活性炭制備工藝，得到適宜儲氫的比表面積和孔徑大小及分布，進(jìn)而進(jìn)行表面修飾，在室溫及中等壓強(qiáng)下，提高儲氫量是超級活性炭儲氫研究及應(yīng)用的關(guān)鍵。

（9）用于煙氣治理

活性炭材料在脫硫脫硝過程中，因其處理效果好、投資運行費用低、實現(xiàn)資源化、且易于再生利用等優(yōu)點而引人注目，但是，單一的活性炭脫硫，速度慢，效率低。在提高活性炭脫硫的性能的過程中，改性活性炭引起重視，它能克服普通活性炭的某些缺點和限制，被認(rèn)為是最有前景的脫硫劑之一；另有研究表明，以亞鐵鹽和銅鹽配方處理的活性炭對氨有很好的吸附性能。

（10）其他應(yīng)用

在活性炭各種應(yīng)用中，國家標(biāo)準(zhǔn) 《活性炭分類和命名》 的附錄 A 中， 提供了不同類型活性炭主要用途對照表，該對照表，對指導(dǎo)不同用戶選取不同類型的活性炭及其應(yīng)用提供了方便，詳見下表：

應(yīng)用行業(yè)

（1）水處理行業(yè)

活性炭作為一種環(huán)境友好型吸附劑，具有較強(qiáng)的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸堿、耐熱、不溶于水和有機(jī)溶劑、易再生等優(yōu)點，對水中溶解的有機(jī)污染物如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強(qiáng)的吸附能力，而且對用生物法和其他化學(xué)法難以去除的有機(jī)污染物，如色度、亞甲基藍(lán)表面活性物質(zhì)、除草劑、殺蟲劑、合成染料及許多人工合成的有機(jī)化合物都有較好的去除效果；此外，活性炭對電鍍廢水和冶煉工業(yè)廢水中的重金屬也有較強(qiáng)的吸附能力；對水質(zhì)渾濁有明顯的澄清作用，可以除去水中的異臭、異味，對細(xì)菌也有極好的過濾作用。因此，活性炭在水處理中越來越受到重視。但是，由于普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布過寬、比表面積小和吸附選擇性能差等特點，加上其表面官能團(tuán)及電化學(xué)性質(zhì)的一些限制，使其對污染物的吸附去除作用有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)外市場的要求。因此，有必要對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行改性，以增大其吸附能力，緩解水污染壓力。

目前，改性活性炭材料被廣泛用于污水處理領(lǐng)域，在水環(huán)境污染治理方面越來越顯示出其誘人的美好前景。

（1）城市污水處理

廢水中的一些有機(jī)物是難于為微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其產(chǎn)品、殺蟲劑、洗滌劑、合成染料、胺類化合物以及許多人工合成有機(jī)物，經(jīng)生化處理后很難達(dá)到對排放要求較高的水體中排放的標(biāo)準(zhǔn)，也嚴(yán)重影響廢水的回用，因此需要深度處理。

由于活性炭對有機(jī)物的吸附能力大，在廢水深度處理中得到廣泛的應(yīng)用，具有以下優(yōu)點：

①處理程度高，城市污水用活性炭進(jìn)行深度處理后，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L。

②應(yīng)用范圍廣，對廢水中絕大多數(shù)有機(jī)物都有效，包括微生物難于降解的有機(jī)物。

③適應(yīng)性強(qiáng)，對水量及有機(jī)物負(fù)荷的變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性能，可得到穩(wěn)定的處理效果。

④粒狀炭可進(jìn)行再生重復(fù)使用，被吸附的有機(jī)物在再生過程中被燒掉，不產(chǎn)生污泥。

⑤可回收有用物質(zhì)，例如用活性炭處理含酚廢水，用堿再生吸附飽和的活性炭，可以回收酚鈉鹽。

⑥設(shè)備緊湊、管理方便。

（2）飲用水深度處理

活性炭吸附是建立在 常規(guī)給水處理基礎(chǔ)上，一般設(shè)置在砂過濾之后，也可與砂濾料組成雙層濾料過濾或以活性炭過濾代替砂過濾。

在利用活性炭吸附進(jìn)行飲用水深度處理的過程中，發(fā)現(xiàn)在活性炭濾料上生長有大量的微生物，使出水水質(zhì)提高且再生延長，于是發(fā)展了一種經(jīng)濟(jì)有效的去除水中的微污染物質(zhì)的生物活性炭工藝，流程為原水—（加入混凝劑）—澄清—過濾（加入臭氧）再利用活性炭吸附，最后是出水。

（2）其他行業(yè)

石化行業(yè)

無堿脫臭（精制脫硫醇）—— 重催的精制裝置

乙烯脫鹽水（精制填料）——乙烯裝置

催化劑載體（鈀、鉑、銠等）——苯乙烯、連續(xù)重整裝置

水凈化及污水處理——上水及下水的深度處理

電力行業(yè)

電廠水質(zhì)處理及保護(hù)— —鍋爐裝置

對NO、NOx等有害氣體的吸附——鍋爐尾部煙道

化工行業(yè)

化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收、及油脂等的脫色、精制

食品行業(yè)

飲料、 酒類、味精母液及食品的精制、脫色、提純、除臭、香煙濾嘴

黃金行業(yè)

黃金提取——適用炭漿法、堆浸法提金工藝

尾液回收——金礦的廢物利用及環(huán)境保護(hù)

環(huán)保行業(yè)

用于污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化

我國的煤炭燃燒過程中排放出的 SO2和 NOx 是主要的大氣污染物，而改性后活性炭材料的脫硫、脫硝處理效果好，投資運行費用低，且易于再生利用等優(yōu)點而引起人們的關(guān)注。

家用

活性炭吸附法去除室內(nèi)污染是應(yīng)用最廣泛、最成熟、最安全、效果最可靠、吸收物質(zhì)種類最多的一種方法?；钚蕴孔鳛橐环N優(yōu)良的物理、化學(xué)吸附劑，越來越受到人們的重視。

高效環(huán)保活性炭包能夠吸附空氣中的甲醛、氨、苯、二甲苯、氡等室內(nèi)所有有害氣體分子，快速消除裝修異味，均勻調(diào)節(jié)空間濕度，對于居室、家具衣櫥、書柜、鞋柜、鞋內(nèi)、冰箱、衛(wèi)生間、地板、魚缸、汽車、空調(diào)、電腦、辦公、賓館及娛樂場所，都有 很好的效果，它是甲醛的克星，殺毒的專家。

空氣凈化：用活性炭擺放在室內(nèi)有效的吸收空氣中含有的甲醛二甲苯等有害物質(zhì)（特別是新裝修的房子）。

家具去異味：活性炭可適用于新買的家具放于櫥柜抽屜冰箱中，也可放在鞋子里面除臭味。

汽車除味：新車一般都含有很多的有害物質(zhì)難聞刺鼻的氣味，用活性炭可以有效的去除。

木地板防潮、吸味、汽車汽油蒸發(fā)污染控制，各種浸漬劑液的制備等，比如活性炭可以作為活性碳罐的填充物用來生產(chǎn)摩托車碳罐、汽車碳罐等。

用途

（1）用于液相吸附類活性碳

·自來水，工業(yè)用水，電鍍廢水，純凈水，飲料，食品，醫(yī)藥用水凈化及電子超純水制備。

·蔗糖、木糖、味精、藥品、檸檬酸、化工產(chǎn)品、食品添加劑的脫色、精制和去雜質(zhì)純化過濾　

·油脂、油品、汽油、柴油的脫色、除雜、除味、酒類及飲料的凈化、除臭、除雜

·精細(xì)化工、醫(yī)藥化工、生物制藥過程產(chǎn)品提純、精制、脫色、過濾。

·環(huán)保工程廢水、生活廢水凈化、脫色、脫臭、降COD

（2）用于氣相吸附類活性碳

·苯、甲苯、二甲苯、丙酮、油氣、CS2等有機(jī)溶劑吸附與回收。

·香煙過濾嘴、裝修除味、室內(nèi)空氣凈化（甲醛，苯等的去除），工業(yè)用氣的凈化（如CO2、N2等)

·石化行業(yè)生產(chǎn)、天然氣凈化、脫硫、除臭、廢氣的治理

·生化、油漆工業(yè)、地下場所、皮革工廠、動物飼養(yǎng)場所的空氣凈化、脫臭。

·煙道氣的臭氣吸附、硫化物吸附，汞蒸汽的去除，降低戴奧辛的生成。

（3）用于高要求領(lǐng)域活性碳

·催化劑及催化劑載體（鈀炭催化劑、釕炭催化劑、銠炭催化劑、鉑炭催化劑），貴重金屬催化劑及合成金剛石、黃金提取。

·血液凈化、汽車炭罐、高性能燃料電池、雙電層超級電容器、鋰電池負(fù)極材料、貯能材料、軍事、航天等高要求領(lǐng)域。

 

九、檢測與鑒別

鑒別方法

1、 直接看廠家提供的指標(biāo)?；钚蕴砍Ｓ梦街笜?biāo)主要有：碘吸附值、四氯化碳（CTC）吸附值、亞甲藍(lán)吸附值，碘吸附值用來表示活性炭對液體物質(zhì)的吸附能力，四氯化碳吸附值用來表示活性炭對氣體物質(zhì)的吸附能力，亞甲藍(lán)吸附值是用來表示活性炭脫色能力的。這三種指標(biāo)越高，表明活性炭的吸附能力越強(qiáng)。因此大家在購買活性炭時可根據(jù)自己的使用情況結(jié)合廠家提供的這些指標(biāo)來選購適合自己用途的活性炭。

2、看體積：同樣12包*50g=1盒為什么僑波活性炭要比別家的體積大呢？上面已經(jīng)介紹過了，要想提高活性炭的吸附性能，只有盡可能多地在活性炭上制造孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙越多，活性炭越酥松，相對密度也就會越輕，因此好的活性炭手感上會比較輕，在同等重量包裝的情況下，性能好的活性炭會比劣質(zhì)活性炭體積大許多。

3、看脫色能力?；钚蕴课侥芰Φ牧硪粋€表現(xiàn)就是脫色能力，活性炭具有能將有色液體變成淺色或無色的神奇能力，這其實就是因為活性炭吸附了有色液體里的色素分子的原因造成的。正因為活性炭的這種特性，被廣泛應(yīng)用于制糖工業(yè)領(lǐng)域中紅糖變白糖的生產(chǎn)過程中。取兩只透明杯子，在一只杯子里放入純凈水，然后滴入一滴紅墨水（這里可以用任何一種便于觀察但不改變水的性質(zhì)的色素都可以，例如藍(lán)墨水、打印機(jī)彩色墨水，但不能使用墨汁和碳素墨水），攪拌均勻后將一半有色水倒入另一個杯子中留作對比樣。將活性炭放入有色水中，數(shù)量應(yīng)達(dá)到水的一半或更多，這樣效果會比較明顯，靜置10—20分鐘后與對比水樣進(jìn)行對照，在同等條件下，脫色效果越強(qiáng)說明活性炭吸附性越好。

質(zhì)量鑒別

（1）直接看廠家提供的指標(biāo)

把活性炭放置在水中，如果它產(chǎn)生一連串小氣泡，并且有氣泡聲，那就說明這個活性炭的吸附能力強(qiáng)，質(zhì)量特別好。

（2）把活性炭放在手中，感受其重量

優(yōu)質(zhì)的活性炭是吸附能力強(qiáng)的活性炭，而吸附能力強(qiáng)的活性炭必須具有很多孔隙，以方便吸取空氣中的有害物質(zhì)，因此優(yōu)質(zhì)的活性炭手感會比較輕。如果你所選購的活性炭特別重，那就說明它的吸附能力不強(qiáng)。

（3）把活性炭放置在有色液體里，看液體顏色是否會變淺

優(yōu)質(zhì)的活性炭有極強(qiáng)的吸附能力，可以讓有色液體的顏色變淺甚至變?yōu)闊o色，所以業(yè)主在選購活性炭時，可以用樣品試驗一下，將活性炭放置到一瓶滴有黑墨水的液體中，放置20分鐘后，看黑色液體的顏色是否會變淡，顏色變得越淡，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。

椰殼活性炭的鑒別

選用優(yōu)質(zhì)綠色環(huán)保的椰子殼為原料，經(jīng)過高溫活化及特殊孔徑調(diào)節(jié)工藝處理，外觀呈黑色顆粒狀。它的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，是普通活性炭的5倍，其比表面積為1500m2/g（一般活性炭比表面積為700m2/g），特別是孔結(jié)構(gòu)與眾不同，孔隙直徑大于0.45nm且小于2nm微孔占總數(shù)90%以上。

因椰殼活性炭比煤質(zhì)活性炭成本高許多，而且成品活性炭材質(zhì)一般不容易被普通大眾所識別。市場上常有不法銷售商利用消費者無法識別材質(zhì)的弱點，用 煤質(zhì)活性炭假冒椰殼活性炭銷售，不管是民用還是工業(yè)用領(lǐng)域，此現(xiàn)象都較為嚴(yán)重。

1、椰殼活性炭屬于果殼活性炭類別，其主要特點是密度小、手感輕，拿在手里的重量 明顯比煤質(zhì)活性炭輕。相同重量的活性炭，椰殼活性炭體積一般大于煤質(zhì)活性炭。

2、椰殼活性炭形狀一般為破碎顆粒狀、片狀，而成型活性炭，如柱狀、多為煤質(zhì)炭，球狀、多為泥炭。

3、因椰殼活性炭密度小，手感輕，因此可以將活性炭放到水里，煤質(zhì)炭一般沉底較快，而椰殼活性炭浮在水中的時間更長，隨著活性炭吸附水分子達(dá)到飽和，加重自身重量才會逐步全部沉入水底，當(dāng)活性炭全部沉底后，會看見每顆活性炭外面都包裹著一個小氣泡，晶瑩剔透，非常有趣。

4、椰殼活性炭為小分子孔隙結(jié)構(gòu)，將活性炭放到水里，其吸附水分子時所排空氣會產(chǎn)生許多非常細(xì)小的水泡（肉眼剛好能看見），密密麻麻的不停浮向水面。而煤質(zhì)活性炭孔隙結(jié)構(gòu)可控，所產(chǎn)生的氣泡也大小不同。

5、碘值：碘值是活性炭的一個性能參數(shù)，果殼、竹炭、煤制的碘值都在幾百，活性炭原料碘值從800、850、900、950、1000、1100mg/g等多種，吸附能力也不同，成本價格也不同，同碘值的活性炭也只有椰殼的效果最好。

參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

柱狀炭

木質(zhì)柱狀活性炭合格品典型指標(biāo)：

煤質(zhì)炭

煤質(zhì)柱狀活性炭物理、化學(xué)性能分析（GB/T 7701.7-1997）

 

十、再生

再生原理
活性炭再生，是指用物理或化學(xué)方法在不破壞其原有結(jié)構(gòu)的前提下，去除吸附于活性炭微孔的吸附質(zhì)，恢復(fù)其吸附性能的過程?；钚蕴课竭^程中，對吸附質(zhì)和溶劑都有吸附作用，因親和力的不同，經(jīng)過一定時間的吸附，達(dá)到吸附平衡?；钚蕴吭偕褪且扇∞k法破壞這種平衡關(guān)系，其依據(jù)主要為以下幾個方面：①改變吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)；②用對吸附質(zhì)親和力強(qiáng)的溶劑萃??；③用對活性炭親和力比吸附質(zhì)大的物質(zhì)把吸附質(zhì)置換出來，然后再使置換物質(zhì)脫附，活性炭得到再生；④用外部加熱、升高溫度的辦法改變平衡條件；⑤用降低溶劑中溶質(zhì)濃度（或壓力）的方法再生；⑥使吸附物（有機(jī)物）分解或氧化而除去。

再生方法

（1）熱再生法

熱再生法是應(yīng)用最多，工業(yè)上最成熟的活性炭再生方法?；钚蕴繜嵩偕ㄊ加?0世紀(jì)初，當(dāng)時是采用回轉(zhuǎn)爐對骨炭進(jìn)行再生；30年代開始引用多層爐；40～50年代再生爐技術(shù)已基本成熟；70年代活性炭開始大量應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。熱再生法的原理是在加熱條件下，使被吸附的有機(jī)物以解析、炭化、氧化的形式從活性炭基質(zhì)上消除。

處理有機(jī)廢水后的活性炭在再生過程中，根據(jù)加熱到不同溫度時有機(jī)物的變化，一般分為干燥、高溫炭化及活化三個階段。在干燥階段，主要去除活性炭上的可揮發(fā)成分。高溫炭化階段是使活性炭上吸附的一部分有機(jī)物沸騰、汽化脫附，一部分有機(jī)物發(fā)生分解反應(yīng)，生成小分子烴脫附出來，殘余成分留在活性炭孔隙內(nèi)成為“固定炭”。在這一階段，溫度將達(dá)到800～900°C，為避免活性炭的氧化，一般在抽真空或惰性氣氛下進(jìn)行。接下來的活化階段中，往反應(yīng)釜內(nèi)通入CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體，以清理活性炭微孔，使其恢復(fù)吸附性能，活化階段是整個再生工藝的關(guān)鍵。熱再生法雖然有再生效率高、應(yīng)用范圍廣的特點，但在再生過程中，須外加能源加熱，投資及運行費用較高。

（2）生物再生法

生物再生法是利用經(jīng)馴化過的細(xì)菌，解析活性炭上吸附的有機(jī)物，并進(jìn)一步消化分解成H2O和CO2的過程。生物再生法與污水處理中的生物法相類似，也有好氧法與厭氧法之分。由于活性炭本身的孔徑很小，有的只有幾納米，微生物不能進(jìn)入這樣的孔隙，通常認(rèn)為在再生過程中會發(fā)生細(xì)胞自溶現(xiàn)象，即細(xì)胞酶流至胞外，而活性炭對酶有吸附作用，因此在炭表面形成酶促中心，從而促進(jìn)污染物分解，達(dá)到再生的目的。生物法簡單易行，投資和運行費用較低，但所需時間較長，受水質(zhì)和溫度的影響很大。

（3）濕式氧化再生法

在高溫高壓的條件下，用氧氣或空氣作為氧化劑，將處于液相狀態(tài)下活性炭上吸附的有機(jī)物氧化分解成小分子的一種處理方法，稱為濕式氧化再生法。實驗獲得的活性炭最佳再生條件為：再生溫度230°C，再生時間1h，充氧pO20.6MPa，加炭量15g，加水量300mL。再生效率達(dá)到(45±5)%，經(jīng)5次循環(huán)再生，其再生效率僅下降3%?；钚蕴勘砻嫖⒖椎牟糠盅趸窃偕氏陆档闹饕颉?/div>