活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭,,將有機(jī)質(zhì)料(果殼,、煤,、木材等)在隔絕空氣的條件下加熱,以減少非碳成分(此進(jìn)程稱為炭化),然后與氣體反響,,外表被腐蝕,,產(chǎn)生微孔興旺的結(jié)構(gòu) (此進(jìn)程稱為活化)。由于活化的進(jìn)程是一個(gè)微觀進(jìn)程,,即很多的分子碳化物外表腐蝕是點(diǎn)狀腐蝕 ,,所以造成了活性炭外表具有很多細(xì)小孔隙?;钚蕴客獗淼奈⒖字睆酱蠖嘣?~50nm之間,即便是少數(shù)的活性炭,,也有巨大的外表積,,每克活性炭的外表積為500~1500m2,活性炭的全部簡(jiǎn)介
活性炭是由木質(zhì),、煤質(zhì)和石油焦等含碳的質(zhì)料經(jīng)熱解,、活化加工制備而成,具有興旺的孔隙結(jié)構(gòu),、較大的比外表積和豐厚的外表化學(xué)基團(tuán),,特異性吸附能力較強(qiáng)的炭資料的統(tǒng)稱。
通常為粉狀或粒狀具有很強(qiáng)吸附能力的多孔無(wú)定形炭,。由固態(tài)碳質(zhì)物(如煤,、木料、硬果殼,、果核,、樹(shù)脂等)在隔絕空氣條件下經(jīng)600~900℃高溫炭化,然后在400~900℃條件下用空氣,、二氧化碳,、水蒸氣或三者的混合氣體進(jìn)行氧化活化后獲得。
炭化使碳以外的物質(zhì)蒸發(fā),,氧化活化可進(jìn)一步去掉殘留的蒸發(fā)物質(zhì),,產(chǎn)生新的和擴(kuò)大原有的孔隙,改進(jìn)微孔結(jié)構(gòu),,增加活性,。低溫(400℃)活化的炭稱L-炭,高溫(900℃)活化的炭稱H-炭,。H-炭必須在慵懶氣氛中冷卻,,否則會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)-炭?;钚蕴康奈叫阅芘c氧化活化時(shí)氣體的化學(xué)性質(zhì)及其濃度,、活化溫度、活化程度、活性炭中無(wú)機(jī)物組成及其含量等因素有關(guān),,*要取決于活化氣體性質(zhì)及活化溫度,。
活性炭的含炭量、比外表積,、灰分含量及其水懸浮液的pH值皆隨活化溫度的進(jìn)步而增大,。活化溫度愈高,,殘留的蒸發(fā)物質(zhì)蒸發(fā)愈徹底,,微孔結(jié)構(gòu)愈興旺,比外表積和吸附活性愈大,。
活性炭中的灰分組成及其含量對(duì)炭的吸附活性有很大影響,。灰分*要由K2O,、Na2O,、CaO、MgO,、Fe2O3,、Al2O3、P2O5,、SO3,、Cl-等組成,灰分含量與制取活性炭的質(zhì)料有關(guān),,而且,,隨炭中蒸發(fā)物的去除,炭中的灰分含量增大,。
截止2007年,,國(guó)際活性炭年產(chǎn)量達(dá)900kt,其間煤基(質(zhì))活性炭占總產(chǎn)量的2/3以上,;而中國(guó)年產(chǎn)量已突破400kt,,居國(guó)際*位,美國(guó),、日本等也是國(guó)際*要的活性炭產(chǎn)出國(guó),。
理化特性
依據(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,。跟著現(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。
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(wú)定形碳三部分組成,,其間石墨微晶是構(gòu)成活性炭的主體部分?;钚蕴康奈⒕ЫY(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,空隙大,。即便溫度高達(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)使活性炭具有興旺的孔隙結(jié)構(gòu),,其孔隙結(jié)構(gòu)可由孔徑散布表征?;钚蕴康目讖缴⒉挤秶軐?,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。
活性炭中的微孔比外表積占活性炭比外表積的95%以上,,在很大程度上決議了活性炭的吸附容量,。中孔比外表積占活性炭比外表積的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(duì)壓力下產(chǎn)生毛細(xì)管凝聚,。大孔比外表積一般不超越0.5m2/g,僅僅是吸附質(zhì)分子到達(dá)微孔和中孔的通道,,對(duì)吸附進(jìn)程影響不大,。