活性炭工艺

过渡孔(又叫中孔） 过渡孔 又叫中孔） 又叫中孔
比孔容积较小， 比孔容积较小，为0.02~0.10cm3/g，比表面积 ， 为20~70m2/g，不超过其总比表面积的 ％。 ，不超过其总比表面积的5％。 与大孔类似， 与大孔类似，过渡孔也具吸附质通过它而进 入其内部微孔的通道作用。 入其内部微孔的通道作用。可以应用毛细管 凝聚理论。 凝聚理论。 在气相色谱中， 在气相色谱中，过渡孔通过毛细凝聚作用吸 附并将吸附质凝聚成液体状态；液相色谱中， 附并将吸附质凝聚成液体状态；液相色谱中， 特别在吸附焦糖色之类大分子物质时， 特别在吸附焦糖色之类大分子物质时，过渡 孔具重要作用。 孔具重要作用。
活性炭的再生
通过除去活性炭孔隙中所吸附的物质可以使活 性炭得到再生。 性炭得到再生。采用的再生方法取决于活性炭的类 型和吸附物质的性质。 型和吸附物质的性质。再生工艺最重要的设备使再 生炉。再生分三个阶段：干燥、分解和活化。 生炉。再生分三个阶段：干燥、分解和活化。 再生方法有： 再生方法有： 热再生 溶剂和化学药品再生 生物再生法 管式炉法 光再生等
活性炭
简介：
活性炭为一种特殊的碳质材料，其优良 特点有： 发达的孔隙面积 巨大的比表面积 良好的稳定性质 很强的吸附能力 优异的可再生性
原料和分类
几乎任何含碳原料都可用来制活性炭， 几乎任何含碳原料都可用来制活性炭， 生产原料有废咖啡渣、废塑料、玉米芯、 生产原料有废咖啡渣、废塑料、玉米芯、和 污水处理产生的沉淀物等。 污水处理产生的沉淀物等。最初用于活性炭 生产的原料有煤、焦炭、木片、锯末、椰壳、 生产的原料有煤、焦炭、木片、锯末、椰壳、 石油焦分、泥煤等。 石油焦分、泥煤等。 活性炭按外观形状可分为：粉状活性炭、 活性炭按外观形状可分为：粉状活性炭、 颗粒炭、球状活性炭、成形活性炭、 颗粒炭、球状活性炭、成形活性炭、活性炭 纤维等。 纤维等。
气体活化法活化原理
木材炭化期间，大部分非碳元素－ 木材炭化期间，大部分非碳元素－氢和氧在高 温下以气体形式脱除， 温下以气体形式脱除，而不含氢氧元素的碳形成类 似石墨的基本微晶结构， 似石墨的基本微晶结构，基本微晶的相互排列是不 规则的，微晶之间留有空隙。 规则的，微晶之间留有空隙。 常用三种过程来解释活化过程中产生孔隙的活 化机理： 化机理： 1.原有闭塞孔的开放 原有闭塞孔的开放 2.原有孔隙的扩大 原有孔隙的扩大 3.某些结构经选择性活化而产生新孔 某些结构经选择性活化而产生新孔
活性炭吸附理论
弗莱因得利希经验方程式 朗格缪尔方程式（单分子层吸附） 朗格缪尔方程式（单分子层吸附） BET方程式（多分子层吸附） 方程式（多分子层吸附） 方程式
影响吸附的各种因素
定量测定之前须将覆盖的物理吸附膜除去） 除气（定量测定之前须将覆盖的物理吸附膜除去） 压力（在结果准确和压力一致情况下可适当提高除 气压力） 气压力）
滞后现象
经典模型： 经典模型：墨水瓶模型 吸附时，气体压力由低到高，当达到一定压力 吸附时，气体压力由低到高，当达到一定压力pn时，瓶 口开始发生凝聚，但瓶内尚未发生凝聚， 口开始发生凝聚，但瓶内尚未发生凝聚，直到蒸汽压力逐渐 增加到p 瓶内才完全凝聚。在脱附时， 增加到 b时，瓶内才完全凝聚。在脱附时，蒸汽压力由高到 当降低到p 瓶体内的凝聚液应该蒸发， 低，当降低到 b时，瓶体内的凝聚液应该蒸发，但还没降到 瓶口蒸发时的相应压力p 瓶口蒸发时的相应压力 n。因而瓶口的液体阻碍了瓶体内液 体的蒸发。一直到压力降低到p 瓶口液体蒸发后， 体的蒸发。一直到压力降低到 n。瓶口液体蒸发后，瓶体内 的液体才能蒸发。因此， 的液体才能蒸发。因此，在同一压力下脱附过程的液体蒸发 量偏小，即脱附支上的吸附量高于吸附支上的吸附量， 量偏小，即脱附支上的吸附量高于吸附支上的吸附量，因而 在吸附等温线上就出现滞后环。 在吸附等温线上就出现滞后环。
活性炭发展展望
随着环境问题的日益突出， 随着环境问题的日益突出，活性炭作为 一种极好的吸附剂将会越来越受人们所重视。 一种极好的吸附剂将会越来越受人们所重视。 其在废水处理方面、防毒方面、 其在废水处理方面、防毒方面、医疗应用如 血液透析上的作用更是不可替代的。 血液透析上的作用更是不可替代的。未来在 各个领域里对活性炭的应用将会越来越多。 各个领域里对活性炭的应用将会越来越多。
活性炭孔隙结构
杜比宁建议，按孔隙半径可分为：
大孔(d/2<100nm) 大孔 过渡孔(d/2=2~100nm) 过渡孔 微孔(d/2<2nm) 微孔
大孔
比孔容积为0.2~0.8cm3/g，比表面积为 比孔容积为 ， 0.5~2m2/g因其比表面积不大，吸附量有限。 因其比表面积不大， 因其比表面积不大 吸附量有限。 具有吸附质经它而进入其内部的过渡孔、 具有吸附质经它而进入其内部的过渡孔、微 孔的通道作用。 孔的通道作用。大孔中主要进行的是多分子 层吸附。因此可以应用BET BET理论之类的多层吸 层吸附。因此可以应用BET理论之类的多层吸 附理论。 附理论。 当活性炭用做催化剂载体时，较大的孔隙作 当活性炭用做催化剂载体时， 为催化剂附着的部位可能时比较重要的。 为催化剂附着的部位可能时比较重要的。
活性炭生产方法
物理活化法（气体活化法）：将炭化物加热 物理活化法（气体活化法）：将炭化物加热 ）： 到某一温度并通入气体活化剂如CO2、O2 到某一温度并通入气体活化剂如 空气）、水蒸汽等进行活化。 ）、水蒸汽等进行活化 （空气）、水蒸汽等进行活化。 化学活化法： 化学活化法：将含碳物质与化学药品活化剂 混合，然后炭化、活化，制取活性炭。 混合，然后炭化、活化，制取活性炭。
应用
饮用水净化 糖液脱色 地下水处理 废水处理 矿石浮选 医药方面 食品、 食品、饮料和食用油 干洗 电镀 化学过程和其他
活性炭的化学组成
元素组成： 元素组成：C.O.H.Cl等 等 有机官能团：羧基、 酚羟基、醌型羰基，此 有机官能团：羧基、 酚羟基、醌型羰基， 外还有醚、过氧化物、酯、荧光素式内酯、 外还有醚、过氧化物、 荧光素式内酯、 二羧酸酐、环状过氧化物等。 二羧酸酐、环状过氧化物等。 表面氧化物
温度和时间 吸附质 实验室间的试验
毛细凝聚现象
当可凝性气体在膜微孔中的压力高于气 体在孔内的饱和蒸气压时， 体在孔内的饱和蒸气压时，可能产生毛细管 凝聚。由于孔内凝聚液体的阻塞作用， 凝聚。由于孔内凝聚液体的阻塞作用，导致 非凝聚性气体的渗透速率下降， 非凝聚性气体的渗透速率下降，膜的选择性 提高。气体在微孔(毛细管 毛细管)中产生凝聚应符 提高。气体在微孔 毛细管 中产生凝聚应符 方程。 合Kelvin方程。 方程 方程表明， 方程表明，当凝聚物质与膜材料之间的接 触角θ<90°时，毛细管凝聚才有可能发生。 毛细管凝聚才有可能发生。 触角 °
活性炭微观结构
游离态碳有三种存在方式： 结晶态碳：金刚石、石墨、卡宾碳 结晶态碳：金刚石、石墨、 微晶质碳： 微晶质碳：以石墨状微晶为结构主体的游离 态碳类物质，如炭黑、木炭、活性炭、焦炭、 态碳类物质，如炭黑、木炭、活性炭、焦炭、 无烟煤等 无定形碳： 无定形碳：沥青 活性炭为一种类石墨状结构的微晶质炭
微孔
比孔容积为0.20～0.60cm3/g，对吸附来说，微孔是 ～ 比孔容积为 ，对吸附来说， 最重要的，由于其有很大的比表面积和比孔容积， 最重要的，由于其有很大的比表面积和比孔容积， 其比表面积可达每克几百平方米，甚至超过1000m2。 其比表面积可达每克几百平方米，甚至超过 比表面积约占总比表面积的95%。 比表面积约占总比表面积的 。 巨大的比表面积赋予微孔很大的吸附容量， 巨大的比表面积赋予微孔很大的吸附容量，其孔径 决定了其对于浓度极低的吸附质仍有良好的吸附能 微孔是吸附的主要场所， 力。微孔是吸附的主要场所，在吸附质分压比较低 的气相吸附中显得尤为重要。 的气相吸附中显得尤为重要。可应用容积充填理论 吸附量不但由比表面积决定， －吸附量不但由比表面积决定，而且也可以用孔隙 容积决定得理论。 容积决定得理论。